具有种子层或夹层以防止Sb扩散并促进BiSb(012)取向的BiSb拓扑绝缘体的制作方法

具有种子层或夹层以防止sb扩散并促进bisb(012)取向的bisb拓扑绝缘体
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年4月28日提交的美国申请第16/861,118号的优先权，该申请据此全文以引用方式并入。


背景技术：
技术领域
3.本公开的实施方案总体上涉及一种具有种子层和/或夹层以防止sb扩散并促进bisb(012)取向的铋锑(bisb)拓扑绝缘体。
4.相关领域的描述
5.具有(012)取向的bisb是一种具有巨自旋霍尔效应和高导电性的窄间隙拓扑绝缘体。bisb是一种已在各种自旋轨道转矩(sot)磁隧道结(mtj)应用中提出的材料，诸如用于能量辅助磁记录写入头和磁阻随机存取存储器(mram)设备的自旋霍尔层。
6.然而，由于一些障碍，bisb材料尚未用于商业sot应用中。例如，bisb材料通常较软，熔点低，晶粒尺寸大，容易被离子研磨损坏，并且由于其薄膜粗糙度，在热退火时有明显的sb迁移问题，并且难以保持(012)取向以获得最大的自旋霍尔效应。
7.因此，需要一种包括具有(012)取向的bisb层的改进的sot mtj器件和方法。


技术实现要素：

8.本公开的实施方案总体上涉及一种具有种子层和/或夹层以防止sb扩散并促进bisb(012)取向的铋锑(bisb)拓扑绝缘体。
9.在一个实施方案中，自旋轨道转矩(sot)磁隧道结(mtj)器件包括衬底、衬底上方的种子层以及种子层上具有(012)取向的铋锑(bisb)层。种子层包括硅化物层和表面控制层。硅化物层包含nisi、nifesi、nifetasi、nicusi、cosi、cofesi、cofetasi、cocusi或它们的组合的材料。表面控制层包含nife、nifeta、nita、niw、nifew、nicu、nicum、nifecu、cota、cofeta、nicota、co、com、conim、coni、nisi、cosi、nicosi、cu、cuagm、cum或它们的组合的材料，其中m是fe、cu、co、ta、ag、ni、mn、cr、v、ti或si。
10.在另一个实施方案中，sot mtj器件包括衬底和在衬底上具有(012)取向的bisb层。夹层在bisb层上方。夹层包括硅化物层。硅化物层包含nisi、fesi、cosi、nicusi、nicosi、nifetasi、cocusi或它们的组合的材料。
11.在另一个实施方案中，sot mtj器件包括衬底、衬底上方的种子层以及非晶膜上具有(012)取向的bisb层。种子层包括非晶膜，该非晶膜的材料的近邻峰晶面间距与在至范围内具有a轴的fcc晶格的(111)晶面间距匹配，或在至范围内具有a轴的hcp晶格的(002)晶面间距匹配。
附图说明
12.因此，通过参考实施方案，可以获得详细理解本公开的上述特征的方式、本公开的更具体描述、上述简要概述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方案并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施方案。
13.图1a至图1e是sot mtj器件的某些实施方案的示意性截面图，该器件在衬底上形成了具有(012)取向的bisb层。
14.图2是示意性平面图，示出了具有(012)取向的bisb层与种子层或夹层的某些实施方案。
15.图3是包括eamr写入头的磁介质驱动器的某些实施方案的示意图。
16.图4是根据某些实施方案的面向磁介质的读取/写入头的局部截面侧视图。
17.图5是eamr写入头的一部分的某些实施方案的mfs示意图。
18.图6至图8示出了包括具有(012)取向的bisb层的样品的x射线衍射(xrd)2θ扫描图。
19.图9和图10示出了不同材料的种子层上方的bisb层的表面粗糙度测量。
20.图11和图12示出了包括具有(012)取向的bisb层的样品的x射线衍射(xrd)2θ扫描。
21.图13和图14示出了各种金属合金的非晶峰晶格间距与组成的关系图。
22.图15是处于交叉点配置的存储单元阵列的某些实施方案的示意图。
23.为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。可以设想是，在一个实施方案中公开的元件可以有利地用于其他实施方案而无需具体叙述。
具体实施方式
24.在下文中，参考本公开的实施方案。然而，应当理解的是，本公开不限于具体描述的实施方案。相反，思考以下特征和元件的任何组合(无论是否与不同实施方案相关)以实现和实践本公开。此外，尽管本公开的实施方案可以实现优于其他可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是否通过给定实施方案来实现特定优点不是对本公开的限制。因此，以下方面、特征、实施方案和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。同样地，对“本公开”的引用不应当被解释为本文公开的任何发明主题的概括，并且不应当被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求中明确地叙述。
25.本公开的某些实施方案总体上涉及一种促进具有(012)取向的铋锑(bisb)层生长的种子层。具有(012)取向的bisb层具有较大的自旋霍尔角效应和高导电性。具有(012)取向的bisb层可用于形成自旋轨道转矩(sot)磁隧道结(mtj)器件。例如，具有(012)取向的bisb层可以在能量辅助磁记录(eamr)写入头的自旋轨道转矩器件中用作自旋霍尔层。又如，具有(012)取向的bisb层可以作为磁阻随机存取存储器(mram)器件中的自旋霍尔电极层。在某些方面，种子层为具有(012)织构的bisb层的生长提供了光滑的界面。种子层保持或增强了bisb层的(012)织构。在某些方面，种子层在加工过程中，诸如在热退火时，充当了
防止sb从bisb层迁移的屏障。在某些方面，种子层保持了bisb层的导电性，使其具有约1000μω-cm或更小的电阻。在某些方面，种子层包括硅化物层，其中硅化物层具有比bisb层更高或相当的电阻，以便电流不会从bisb分流通过种子层。
26.本公开的某些实施方案总体上涉及一种保持具有(012)取向的bisb层的夹层。具有(012)取向的bisb层具有较大的自旋霍尔角效应和高导电性。具有(012)取向的bisb层可用于形成自旋轨道转矩(sot)磁隧道结(mtj)器件。例如，具有(012)取向的bisb层可以在能量辅助磁记录(eamr)写入头的自旋轨道转矩器件中用作自旋霍尔层。又如，具有(012)取向的bisb层可以作为磁阻随机存取存储器(mram)器件中的自旋霍尔电极层。在某些方面，夹层在具有(012)织构的bisb层上方提供光滑的界面。夹层保持或增强了bisb层的(012)织构。在某些方面，夹层在加工过程中，诸如在热退火时，充当了防止sb从bisb层迁移的屏障。在某些方面，夹层保持了bisb层的导电性，使其具有约1000μω-cm或更小的电阻。在某些方面，夹层包括硅化物层，其中硅化物层具有比bisb层更高或相当的电阻，以便电流不会从bisb分流通过夹层。
27.图1a是sot mtj器件10的某些实施方案的示意性截面图，该器件具有形成在衬底20上方的具有(012)取向的bisb层50。衬底20可以是硅衬底、氧化铝衬底或其他合适的衬底。衬底20可以包括一个或多个沉积在其上和/或形成在其上方的层。例如，衬底20可以包括在其上热生长或沉积的氧化层。
28.在某些实施方案中，基层22沉积在衬底20上方。在某些实施方案中，基层22包括一个硅层。在某些实施方案中，硅层是不掺杂的。在某些实施方案中，硅层被掺杂(诸如n掺杂或p掺杂)以调整基层22的导电性。在某些实施方案中，硅层的厚度为约至约在某些实施方案中，基层22包括由nim、com、nifem、cocum、nicum、nifetam或它们的组合组成的金属层，其中m选自由fe、cu、co、ta、ag、ni、mn、cr、v、ti或si组成的组。在一些实施方案中，基层22包括硅层和金属层。金属层可以增加硅层的导电性。例如，基层22可以包括硅层和衬底20之间的金属层。与硅层或硅衬底20接触的金属层将形成非晶的、光滑的硅化物层，该硅化物层在约300℃或更低的温度下是无磁性的。在某些实施方案中，sot mtj器件10不包括基层22。
29.种子层30沉积在衬底20上方，诸如在基层22上或衬底20上。种子层30包括硅化物层32。在某些实施方案中，硅化物层32包含nisi、nifesi、nifetasi、nicusi、nicosi、cosi、cofesi、cofetasi、cocusi或它们的组合。在某些实施方案中，硅化物层32的厚度为约至约在某些实施方案中，硅化物层32包括一个或多个由硅层34和金属层36组成的层合体堆叠。图1a中示出了由硅层34a和金属层36a组成的层合体堆叠。交替的硅层34和金属层36在室温下会相互混合并形成薄的纳米晶硅化物层。本文所用的室温是指从约15℃到约25℃的温度。在某些实施方案中，硅化物层32包括金属层36，该金属层在室温下与硅衬底20相互混合，形成一个薄的纳米晶体层。纳米晶硅化物层在大约300℃或以下的温度下是稳定的(保持纳米晶、光滑和高电阻率)。在某些实施方案中，金属层36包括ni、nife、nifeta、nicu、co、cofe、cofeta、cocu，或它们的组合。在某些实施方案中，硅化物层包括一至四个由硅层34和金属层36组成的层合体堆叠。
30.在某些实施方案中，种子层30包括非晶膜，其近邻峰晶面间距与在至
范围内具有a轴的fcc晶格的(111)晶面间距匹配，或在至范围内具有a轴的hcp晶格的(002)晶面间距匹配。在某些方面，非晶膜可以由大量的局部六方晶格来表示，其中近邻峰来自大量的局部fcc(111)表面，并且归因于(111)fcc晶面间距。因此，任何近邻峰晶面间距与在至范围内具有a轴的fcc晶格的(111)晶面间距匹配，或在至范围内具有a轴的hcp晶格的(002)晶面间距匹配的非晶或近非晶材料都可以用来促进强bisb(012)织构。图11示出了由nifeta
x
和nifew
x
组成的金属层36的xrd扫描图。竖线表示nifeta
x
和nifew
x
的fcc(111)晶面间距，它们支持强bisb(012)织构。图12示出了bisb(012)织构的非晶nifeta种子成分扫描，其中ta成分与基于非晶的合金的近似矩形表面(短
‘
a’边)的测量晶格参数的预期值相匹配，它支持强bisb(012)织构。此外，图13示出了转换为fcc a轴的非晶峰晶格间距与m＝ta、w、si的合金元素(nife)
(1-x)mx
组成的关系图。矩形框表示非晶合金的晶格参数范围，以产生强(012)bisb织构，以及nifem非晶合金的成分范围，其中m＝ta,w,si。对于合金元素(nife)(1-x)m
x
(x＝ta)，在矩形框的晶格参数范围内以匹配bisb并产生强(012)bisb织构的w对于nifeta
x
是22《x《43，诸如32《x《37，并且对于nifew
x
是19《x《40，诸如28《x《40。如图所示，nifesi的晶格参数不在直接促进强bisb(012)织构的范围内。然而，当与(111)fcc或(002)hcp织构的表面控制层一起使用时，该控制层处于该范围内，诸如cu、cuagni，那么硅化物会促进强bisb(012)织构，对bisb的生长和界面粗糙度有更好的控制。
31.在某些实施方案中，种子层30进一步包括硅化物层32和bisb层50之间的表面控制层40。在某些实施方案中，表面控制层40包括nife、nifeta、nita、niw、nifew、nicu、nifecu、cota、cofeta、nicota、co、com、conim、coni、nisi、cosi、nicosi、cu、cuag、cuagm、cum，或它们的组合，其中m是fe、cu、co、ta、ag、ni、mn、cr、v、ti或si。在某些实施方案中，表面控制层的厚度为约至约在某些实施方案中，表面控制层40包括硅化物层32上方的第一层，并且包括第一层上方的第二层。第一层包含nife、nifeta、nita、niw、nifew、nicu、nicuag、nicum、nifecu、cota、cofeta、nicota、cocu或它们的组合，其中m是fe、cu、co、ta、ag、ni、mn、cr、v、ti或si。第二层包含coni、nisi、cosi、nicosi、cuagni、cum、cunim、ni、cocu、cu、co、nicu或它们的组合，其中m是fe、cu、co、ta、ag、ni、mn、cr、v、ti或si。
32.种子层30有助于提供具有(012)取向的bisb层50的生长。在某些实施方案中，薄的硅化物层32是由硅层34和金属层36在室温下通过金属和硅的迁移直接接触形成的。硅化物层是纳米晶体或非晶体，表面粗糙度降低。硅化物层具有适度的高电阻率，大于约200μω-cm。该硅化物在大约300℃或更低的温度下是无磁性的和稳定的(保持纳米晶体、光滑、高电阻率和无磁)。具有纳米晶体结构的硅化物层32具有六角形的局部对称性，这加强了具有(012)取向的bisb的生长。
33.具有纳米晶体结构的结晶镍或二硅化钴层具有六角形的局部对称性，其a
hcp
尺寸分别为约和硅化物层的a
hcp
尺寸为约表面控制层40的a
hcp
尺寸的1.5倍，但会强烈覆盖控制层40的晶格，也可作为种子层，促进强bisb(012)生长。
34.表面控制层40具有fcc(111)或hcp(002)表面。在某些实施方案中，表面控制层40包含一种或多种具有(002)取向的hcp材料，其a
hcp
尺寸从约至约这令人惊讶
地提供了具有(012)取向的bisb层生长。例如，nife的a
hcp
尺寸为约
35.在某些实施方案中，表面控制层40包含一种或多种具有(111)取向的fcc材料，其a轴尺寸从约至约这令人惊讶地提供了具有(012)取向的bisb层的生长。例如，具有fcc(111)取向的nife的a轴尺寸为约
36.图14示出了同样的图，不同之处在于fcc被hcp晶格(平方根系数)取代。对于晶格参数不在该范围内的非晶硅化物，如nifesi，不会直接促进bisb(012)织构，但当与在该范围内的ffc或hcp织构的表面控制层一起使用时，可以产生强bisb(012)织构。与在范围内以促进bisb(012)生长的(111)fcc或(002)hcp织构的表面控制层一起使用的非晶硅化物的一个示例是在约至的范围内形成的nife-硅化物和形成厚度为约至约的cu或cuagni表面控制层。
37.令人惊讶的是，种子层30提供了具有(012)取向的bisb层50的生长。bisb层50包括bi
1-x
sb
x
，其中x是0《x《1。在某些实施方案中，bisb层50包括bi
1-x
sb
x
，其中x为0.05《x《0.2或包括原子百分比含量为约7％至约22％的锑。在某些实施方案中，bisb层50形成的厚度为约至约诸如约至约
38.表1示出了具有(012)取向的bisb层与β-钽和具有(001)取向的bisb层的性能对比的一个示例。
[0039][0040]
与β-钽(β-ta)或(001)取向的bisb层相比，(012)取向的bisb层具有相似的电导率和更大的自旋霍尔角。因此，与β-ta或bisb(001)相比，bisb(012)产生自旋霍尔效应所需的相对功率要低。
[0041]
在某些实施方案中，硅基层22(如果有的话)、种子层30和bisb层50是通过物理气相沉积(pvd)沉积的，诸如溅射、分子束外延、离子束沉积、其他合适的pvd工艺或它们的组合。sot mtj器件10包括在bisb层50上的任何合适的层，以形成任何合适的器件。
[0042]
图1b是sot mtj器件10的某些实施方案的示意性截面图，该器件具有图1a中具有(012)取向的bisb层50，在bisb层50上方沉积有夹层70。
[0043]
夹层70包括硅化物层72。在某些实施方案中，硅化物层72包括nisi、fesi、cosi、nicusi、nicosi、nifetasi、cofesi、cocusi，或它们的组合。在某些实施方案中，硅化物层72的厚度为约至约在某些实施方案中，硅化物层72包括一个或多个由硅层74和金属层76组成的层合体堆叠。图1c中示出了由硅层74a和金属层76a组成的层合体堆叠。在某些实施方案中，金属层76包括ni、fe、co、nicu、nifeta、cofe、cocu，或它们的组合。在某些实施方案中，硅化物层包括一至四个由硅层74和金属层76组成的层合体堆叠。
[0044]
在某些实施方案中，夹层70包括非晶膜，其近邻峰晶面间距与在至范围内具有a轴的fcc晶格的(111)晶面间距匹配，或在至范围内具有a轴的hcp晶格的(002)晶面间距匹配。如果在某些方面，非晶膜可以由大量的局部六方晶格来表示，其中近邻峰来自大量的局部fcc(111)表面，并且归因于(111)fcc晶面间距。因此，任何近邻峰晶面间距与在至范围内具有a轴的fcc晶格的(111)晶面间距匹配，或在至范围内具有a轴的hcp晶格的(002)晶面间距匹配的非晶或近非晶材料都可以用来促进强bisb(012)织构。图11示出了由nifeta
x
和nifew
x
组成的金属层36的xrd扫描图。竖线表示nifeta
x
和nifew
x
的fcc(111)晶面间距，它们支持强bisb(012)织构。图12示出了bisb(012)织构的非晶nifeta种子成分扫描，其中ta成分与基于非晶的合金的近似矩形表面(短
‘
a’边)的测量晶格参数的预期值相匹配，它支持强bisb(012)织构。此外，图13示出了转换为fcc a轴的非晶峰晶格间距与m＝ta、w、si的合金元素(nife)
(1-x)mx
组成的关系图。矩形框表示非晶合金的晶格参数范围，以产生强(012)bisb织构，以及nifem非晶合金的成分范围，其中m＝ta,w,si。对于合金元素(nife)(1-x)m
x
(m＝ta)，在矩形框内的晶格参数范围内以匹配bisb并产生强(012)bisb织构的w对于nifeta
x
是22《x《43，诸如32《x《37，并且对于nifew
x
是19《x《40，诸如28《x《40。如图所示，nifesi的晶格参数不在直接促进强bisb(012)织构的范围内。然而，当与表面控制层诸如cu、cuagni一起使用时，那么硅化物会促进强bisb(012)织构。
[0045]
在某些实施方案中，夹层70进一步包括bisb层50和硅化物层72之间的表面控制层71。表面控制层71包含cu、ni、nife、co，或它们的组合。在某些实施方案中，表面控制层71的厚度为约至在某些实施方案中，图1a至图1b的每个表面控制层40、71都可以用来提高光滑度，减少bisb层50的sb迁移。
[0046]
图14示出了同样的图，不同之处在于用hcp(平方根系数)代替了fcc。对于晶格参数不在该范围内的非晶硅化物，如nifesi，不会直接促进bisb(012)织构，但当与在该范围内的(111)ffc或(002)hcp织构的表面控制层一起使用时，那么硅化物可以促进强bisb(012)织构。与在范围内以促进bisb(012)生长的(111)fcc或(002)hcp织构的表面控制层一起使用的非晶硅化物的一个示例是厚度在约至的范围内形成的nife-硅化物和形成的厚度为约至约的cu或cuagni表面控制层。
[0047]
图1c是sot mtj器件10的某些实施方案的示意性截面图，该器件具有图1b中具有(012)取向的bisb层50，从而形成基于sot的能量辅助磁记录(eamr)元件。在夹层70上方形成自旋转矩层(stl)60。stl 60包含铁磁材料，诸如一个或多个cofe、coir、nife和cofem层，其中m＝b、ta、re或ir。通过作为自旋霍尔层的bisb层50的电荷电流在bisb层中产生自旋电流。bisb层和自旋转矩层(stl)60的自旋轨道耦合通过来自bisb层50的自旋电流的自旋轨道耦合引起stl 60的磁化切换或进动。stl 60的磁化的切换或进动可以给写入场产生辅助的直流电场。与基于自旋转移转矩(stt)的微波辅助磁记录(mamr)元件相比，基于sot的eamr元件具有数倍的功率效率。
[0048]
在某些实施方案中，在stl 60上形成额外的层，诸如隔层62和钉扎层64。钉扎层64可以部分钉住stl 60。钉扎层64可包含单层或多层ptmn、nimn、irmn、irmncr、crmnpt、femn、
其他反铁磁材料或它们的组合。隔层62包括单层或多层氧化镁、氧化铝、其他非磁性材料或它们的组合。
[0049]
图1d是sot mtj器件10的某些实施方案的示意性截面图，该器件具有图1c中具有(012)取向的bisb层50，从而形成基于sot的磁阻随机存取存储器(mram)器件。在夹层70上方形成了自由垂直磁各向异性(pma)铁磁层80。例如，自由pma铁磁层80可以包括一个或多个co/pt、co/pd、co/ni、cofeb、fept、其他pma诱导层或它们的组合的堆叠。在自由pma层80上方形成了绝缘层84，诸如mgo层。在绝缘层84上方形成参考pma铁磁层88。参考pma铁磁层88可以包括一个或多个co/pt、co/pd、co/ni、cofeb、fept、其他pma诱导层或它们的组合的堆叠。参考pma铁磁层88可以包括一个或多个合成反铁磁(saf)针状结构。封盖层92可以形成在pma层88上方。封盖层92包含nife、sin、si、nifeta、nita、pt、co、cu、ni、nicu、cocu、ru、ta、cr、au、rh、cofe cofeb、其他非磁性材料、其他磁性材料，或它们的组合。封盖层92可以被调整为具有比pma层88更高的电阻，以便电流不会从pma层88通过封盖层92分流，在沉积、退火、图案化、清洁等过程中保护sot mtj器件10。
[0050]
图1e是sot mtj器件10的某些实施方案的示意性截面图，该器件具有图1c中具有(012)取向的bisb层50，从而形成基于sot的磁阻随机存取存储器(mram)器件。参考pma铁磁层88形成在衬底20上方。参考pma铁磁层88可以包括一个或多个co/pt、co/pd、co/ni、cofeb、fept、其他pma诱导层或它们的组合的堆叠。参考pma铁磁层88可以包括一个或多个saf针状结构。绝缘层84，诸如mgo层形成在参考pma铁磁层88上方。自由的pma铁磁层80形成在绝缘层84上方。例如，自由pma铁磁层80可以包括一个或多个co/pt、co/pd、co/ni、cofeb、fept、其他pma诱导层或它们的组合的堆叠。
[0051]
种子层30形成在自由pma铁磁层80上方。第一bisb层50形成在种子层30上方。夹层70形成在bisb层50上方。
[0052]
封盖层92可以形成在夹层70上方。封盖层92包含nife、sin、si、nifeta、nita、pt、co、cu、ni、nicu、cocu、ru、ta、cr、au、rh、cofe cofeb、其他非磁性材料、其他磁性材料，或它们的组合。封盖层92可以被调整为具有比pma层88更高的电阻，以便电流不会从pma层88通过封盖层92分流，在沉积、退火、图案化、清洁等过程中保护sot mtj器件10。
[0053]
图1a至图1e的种子层30的硅化物层32或夹层70的硅化物层72可以通过将si与金属(诸如ni、fe、co等)共溅射而形成，或者可以通过将si与金属层合产生硅化物而形成。硅化物层32、72可以进一步进行热退火。硅化物层32、72的电阻率高于bisb层50，因此电流不会从bisb层分流过硅化物层。在某些实施方案中，硅化物层的电阻率大于约200μω-cm。
[0054]
图1a至图1e的种子层30的硅化物层32和/或图1c至图1d的夹层70的硅化物层72作为屏障，减少sb从bisb层50迁移。sb从bisb层50迁移可能会不良地降低自旋霍尔角，改变bisb层50的方向与(012)取向，和/或降低bisb层50的导电性。
[0055]
在某些方面，与由金属、金属合金或其他非硅化物材料组成的种子层或夹层相比，硅化物层32和/或硅化物层72通过在导电的bisb层50附近提供更高的电阻层来减少bisb层50的分流。种子层30和/或夹层70的电阻增加可以减少从bisb层50通过种子层30和/或夹层70的电流的电分流。电动关闭电流会降低sot mtj器件的性能，诸如基于sot的eamr器件或基于sot的mram器件。
[0056]
表2示出了硅化物层相比于金属层的电阻率的示例。例如，nife/si层合膜的电阻
率从约240μω-cm至约350μω-cm，取决于层合膜的堆叠数量。硅化物层，诸如nife/si、nifeta/si、co/si、ni/si、cu/si、nicu/si、cocu/si、cofe/si和其他硅化物，具有比单独的金属层更高的电阻率。
[0057][0058]
在某些方面，硅化物层32为表面控制层40的生长提供了光滑界面，以便生长具有(012)取向的bisb层50。在某些方面，硅化物层72为其上方的材料生长提供了光滑界面。这些光滑的界面减少了由于界面之间的粗糙而发生的sb从bisb层50的迁移。在某些实施方案中，由硅层和金属层的厚度比为约2:1范围的层合物组成的硅化物层32或硅化物层72产生，或保持了具有(012)织构的低粗糙度的bisb层50。例如，si/nife至si/nife的层合物堆叠产生或保持具有低粗糙度的(012)织构的bisb层50。
[0059]
在某些实施方案中，图1b至图1e的夹层70的表面控制层71有助于减少sb从bisb层50的迁移并改善界面的光滑度。在某些实施方案中，表面控制层71可以改善其上形成的磁性层的织构和磁性各向异性，诸如图1d至图1e中其上方形成的pma层。在某些实施方案中，表面控制层71可用作间隔物，以调整电阻率，使电流不会从bisb层50分流通过图1d中其上方形成的pma层。在某些实施方案中，图1b至图1e的夹层70不包括表面控制层。
[0060]
图2是说明在图1a至图1e的种子层30上形成的具有(012)取向的bisb层50，或在图1b至图1e的bisb层50上方形成的夹层70的某些实施方案的示意性平面图。种子层30包括具有(111)fcc取向或具有(002)hcp取向的表面控制层40。夹层70包括具有(111)fcc取向或具有(002)hcp取向的表面控制层71。每层的不同符号代表不同深度的原子。
[0061]
在某些实施方案中，由于表面控制层40的a轴晶格参数与种子层30的硅化物层32的a轴比例为约2:3，具有(012)取向的bisb层50在具有(111)fcc取向或(002)hcp取向的种子层30的表面控制层40上方。由ni
x
fe
1-x
(111)组成的表面控制层40，x为约0.5，其a轴晶格参数与硅化物层32的a轴比例为约2：3。nife(111)表面可以与硅化物层32对齐。nife薄膜的a
hcp
参数为约种子层30的硅化物层32可以是晶体、纳米晶体或非晶体，这取决于硅化物层32生长时的底层。晶体硅化物层32具有六角形对称性，而纳米晶体硅化物层32具有局部六角形对称性。非晶硅化物，诸如nifesi，其晶格参数不在该范围内，不会直接促进bisb(012)织构，但当与在该范围内的(111)fcc或(002)hcp织构的表面控制层一起使用时，则硅化物可以促进强bisb(012)织构。例如，结晶二硅化镍(nisi2)的a
hcp
参数为约硅化钴(cosi2)的a
hcp
参数为约a-nife
hcp
与a-硅化物hcp的尺寸为约2:3。在图2中可以看到结构叠加。
[0062]
图2中绘制的参数为a＝约并且b＝约的nife(111)表面的矩形轮廓显示，nife(111)表面与参数为a＝约并且b＝约的近似矩形bisb(012)表面在一个方向上有约3％的错位。因此，(111)织构的nife薄膜可以作为种子层30的一部分，用于生长(012)织构的bisb层50。为了便于说明，图2省略了位于每个六边形中心的nife原子。然而，这些nife原子与六角形顶点的nife原子一起存在于每个六角形的中心，以形成nife的(111)表面。
[0063]
在某些实施方案中，由于表面控制层71的a轴晶格参数与夹层70的结晶二硅化物层72的a轴比例为约2:3，具有(012)取向的bisb层50形成在具有(111)fcc取向或(002)hcp取向的夹层70的表面控制层71上方。由ni
x
fe
1-x
(111)组成的表面控制层71，x为约0.5，其a轴晶格参数与硅化物层72的a轴比例为约2：3。nife(111)表面可以与硅化物层72对齐。nife薄膜的a
hcp
参数为约夹层70的硅化物层72可以是晶体、纳米晶体或非晶体。纳米晶体硅化物层72具有局部六角形对称性。非晶硅化物，如nifesi，其晶格参数不在该范围内，不会直接促进bisb(012)织构，但当与在该范围内的(111)fcc或(002)hcp织构的表面控制层一起使用时，则硅化物促进强bisb(012)织构。例如，结晶二硅化镍(nisi2)的a
hcp
参数为约硅化钴(cosi2)的a
hcp
参数为约a-nife
hcp
与a-硅化物hcp的尺寸为约2:3。
[0064]
图2中绘制的维度为a＝约并且b＝约的nife(111)表面的矩形轮廓显示，nife(111)表面与维度为a＝约并且b＝约的近似矩形bisb(012)表面在一个方向上有约3％的错位。因此，(111)织构的nife薄膜可以作为夹层70的一部分，以保持或增强(012)织构的bisb层50。
[0065]
种子层30的表面控制层40或夹层70的表面控制层71是光滑的且界面粗糙度降低，以增强具有(012)织构的bisb层50。
[0066]
在某些实施方案中，如图2所示，具有(111)取向的fcc材料，具有(002)取向的hcp材料或它们的组合可以与具有(012)取向的bisb层50大致对齐。fcc材料的(111)取向或hcp材料的(002)取向促进了(012)取向的bisb生长，而不是(001)取向的bisb生长。在sot mtj器件中，具有(012)取向的bisb层50比具有(001)取向的bisb层具有更高的自旋霍尔角和更高的性能。sot mtj器件可以是垂直堆叠配置或面内堆叠配置。sot mtj器件可用于例如eamr书写入头、mram、人工智能芯片和其他应用。
[0067]
图3是包括具有sot mtj器件的eamr写入头的磁介质驱动器的某些实施方案的示意图。此类磁介质驱动器可为单个驱动器或包括多个驱动器。为了便于说明，根据某些实施方案示出了单个磁盘驱动器100。如图所示，至少一个可旋转磁盘112承载在主轴114上，并且通过驱动马达118旋转。每个磁盘112上的磁记录呈数据磁道的任何合适图案的形式，诸如磁盘112上同心数据磁道(未示出)的环形图案。
[0068]
至少一个滑块113定位在磁盘112附近，每个滑块113支撑一个或多个包括sot mtj器件的磁头组件121。当磁盘112旋转时，滑块113在磁盘表面122上方径向地移入和移出，使得磁头组件121可访问磁盘112的写入期望数据的不同磁道。每个滑块113通过悬架115附接到致动器臂119。悬架115提供轻微的弹簧力，该弹簧力朝向磁盘表面122偏置滑块113。每个致动器臂119附接到致动器装置127。如图3所示的致动器装置127可以是音圈马达(vcm)。vcm包括能够在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度通过由控制单元129供应的马达电流信号来控制。
[0069]
在磁盘驱动器100的操作期间，磁盘112的旋转在滑块113与磁盘表面122之间产生空气轴承，该空气轴承在滑块113上施加向上的力或升力。因此，在正常操作期间，空气轴承抗衡悬架115的轻微弹簧力，并以小的、基本上恒定的间距支撑滑块113离开并稍微高于磁盘表面122。
[0070]
磁盘驱动器100的各种部件在操作中由控制单元129所产生的控制信号(诸如访问控制信号和内部时钟信号)来控制。通常，控制单元129包括逻辑控制电路、存储装置和微处理器。控制单元129产生控制各种系统操作的控制信号，诸如线123上的驱动马达控制信号以及线128上的磁头位置和寻道控制信号。线128上的控制信号提供期望的电流分布，以将滑块113移动和定位到磁盘112上的期望数据磁道。写入信号和读取信号通过记录通道125传送到组件121上的写入和读取头和从该写入和读取头传送。
[0071]
以上对典型磁介质驱动器的描述和图3的随附图示仅用于说明目的。应当显而易见的是，磁介质驱动器可包含大量介质或磁盘以及致动器，并且每个致动器可以支撑多个滑块。
[0072]
图4是具有sot mtj器件的读取/写入头200的某些实施方案的局部截面侧视图。读取/写入头200面向磁介质112。读取/写入头200可对应于图3中所述的磁头组件121。读取/写入头200包括面向磁盘112的介质表面(mfs)212，诸如气体轴承表面，eamr写入头210和磁读取头211。如图4所示，磁介质112沿箭头232所示的方向移动经过eamr写入头210，并且读取/写入头200沿箭头234所示的方向移动。
[0073]
在一些实施方案中，磁读取头211是磁阻(mr)读取头，其包括位于mr屏蔽件s1和s2之间的mr传感元件204。在其他实施方案中，磁读取头211是包括位于mr屏蔽件s1和s2之间的mtj感测器件204的磁隧道结(mtj)读取头。磁盘112中的相邻磁化区域的磁场可由mr(或
mtj)传感元件204检测为记录位。
[0074]
eamr写入头210包括主极220、前端屏蔽件206、尾端屏蔽件240、自旋轨道转矩(sot)器件230和激发主极220的线圈218。线圈218可具有“薄烤饼”结构，而不是图4所示的“螺旋”结构，该“薄烤饼”结构卷绕在主极220和尾端屏蔽件240之间的背触头周围。sot mtj器件230形成于主极220和尾端屏蔽件240之间的间隙254。主极220包括尾端锥体242和前端锥体244。尾端锥体242从mfs 212中凹进的位置延伸到mfs 212。前端锥体244从mfs 212中凹进的位置延伸到mfs 212。尾端锥体242和前端锥体244可具有相同的锥度，并且相对于主极220的纵向轴线260测量锥度。在一些实施方案中，主极220不包括尾端锥体242和前端锥体244。相反，主极220包括尾端侧面(未示出)和前端侧面(未示出)，并且尾端侧面和前端侧面基本上平行。主极220可以为磁性材料，诸如feco合金。前端屏蔽件206和尾端屏蔽件240可以为磁性材料，诸如nife合金。在某些实施方案中，尾端屏蔽件240可以包括尾端屏蔽件热种子层241。尾端屏蔽件热种子层241可包含高转矩材料，诸如cofen或fexn，其中m包含rh、al、ta、zr和ti中的至少一者。在某些实施方案中，尾端屏蔽件240不包括尾端屏蔽件热种子层。
[0075]
图5是图4的sot mtj器件230的eamr写入头210的一部分的某些实施方案的mfs示意图，包括图1c的sot mtj器件10或其他合适的eamr写入头。eamr写入头210包括主极220和在轨道方向的尾端屏蔽件240。sot mtj器件230被安置在主极和尾端屏蔽件240之间的间隙中。eamr写入头210包括双stl层60(如图所示)或单stl层。
[0076]
在操作过程中，通过作为自旋霍尔层的bisb层50的电荷电流在bisb层中产生自旋电流。bisb层和stls 60的自旋轨道耦合通过来自bisb层50的自旋电流的自旋轨道耦合导致stls 60的磁化切换或进动。stl 60的磁化的切换或进动可以产生辅助场到写入场中。与基于自旋转移转矩的mamr写入头相比，基于sot的能量辅助写入头具有数倍的功率效率。
[0077]
图15是处于交叉点配置的存储单元阵列1500的某些实施方案的示意图。单元阵列1500由形成基于sot的mram设备的多个存储单元1520组成。如图15所示，存储单元阵列1500的每个存储单元1520包括图1e的底部销钉的sot mtj器件10。在其他实施方案中(未显示)，存储单元阵列1500的存储单元1520可以是图1d的顶针式sot mtj器件10。存储单元1520中的每一个存储单元可处于表示1或0位值的状态。存储单元阵列1500包括多个底部电极1524和多个自旋轨道材料电极1526。自旋轨道材料电极1526包括具有(012)取向的bisb层。每个存储单元1520可以是两端子设备或三端子设备的一部分。例如，在双端子设备中，底部电极1524可用作位线，并且自旋轨道材料电极1526可用作字线。例如，在三端子设备中，底部电极1524可用作位线和读取字线，并且自旋轨道材料电极1526可用作写入字线。如图所示的交叉点阵列实施方式仅仅是示例性mram实施方式，并且本文所公开的sot mtj器件实施方案可以在其他类型的mram设备中实施。存储单元阵列1500的其他架构可能包括端子、栅极、晶体管和线路的各种类型和组合。
[0078]
本公开的某些实施方案总体上涉及一种促进或维持具有(012)取向的铋锑(bisb)层生长的种子层和/或夹层。在某些方面，种子层和/或夹层为具有(012)织构的bisb层提供光滑界面。在某些方面，种子层和/或夹层在加工过程中，诸如在热退火时，充当了防止sb从bisb层迁移的屏障。种子层和/或夹层促进和/或维持具有(012)取向的bisb层生长。具有(012)取向的bisb层具有较大的自旋霍尔角效应和高导电性，诸如电阻为约1000μω-cm或
更小。具有(012)取向的bisb层可用于形成自旋轨道转矩(sot)磁隧道结(mtj)器件。例如，具有(012)取向的bisb层可以在能量辅助磁记录(eamr)写入头的自旋轨道转矩器件中用作自旋霍尔层。又如，具有(012)取向的bisb层可以作为磁阻随机存取存储器(mram)器件中的自旋霍尔电极层。
[0079]
在一个实施方案中，自旋轨道转矩(sot)磁隧道结(mtj)器件包括衬底、衬底上方的种子层以及种子层上具有(0120)取向的铋锑(bisb)层。种子层包括硅化物层和表面控制层。硅化物层包含nisi、nifesi、nifetasi、nicusi、cosi、cofesi、cofetasi、cocusi或它们的组合的材料。表面控制层包含nife、nifeta、nita、niw、nifew、nicu、nicum、nifecu、cota、cofeta、nicota、co、com、conim、coni、nisi、cosi、nicosi、cu、cuagm、cum或它们的组合的材料，其中m是fe、cu、co、ta、ag、ni、mn、cr、v、ti或si。
[0080]
在另一个实施方案中，sot mtj器件包括衬底和在衬底上方具有(012)取向的bisb层。夹层在bisb层上方。夹层包括硅化物层。硅化物层包含nisi、fesi、cosi、nicusi、nifetasi、cocusi或它们的组合的材料。
[0081]
在另一个实施方案中，sot mtj器件包括衬底、衬底上方的种子层以及非晶膜上具有(012)取向的bisb层。种子层包括非晶膜，该非晶膜的材料的近邻峰晶面间距与在至范围内具有a轴的fcc晶格的(111)晶面间距匹配，或在至范围内具有a轴的hcp晶格的(002)晶面间距匹配。
[0082]
实施例
[0083]
以下是举例说明bisb层的各种实施方案，诸如图1a至图1e的bisb层50、图3的磁驱动器100、图3的写入头210、图4和图5的sot mtj器件230、其他bisb层、其他磁驱动器、其他sot mtj器件以及其变型。除非权利要求书中明确陈述，否则这些实施例并非意在限制权利要求书的范围。
[0084]
实施例a
[0085]
在实施例a中，通过物理气相沉积(pvd)形成厚度为约的非导电非晶硅基层的样品。通过pvd在层合硅/nife层合体的基层上形成了单一成分的分级硅化物层，其大致厚度为sinifesinifesi和nife通过pvd在层上形成cu的表面控制层，其厚度为约通过pvd沉积硅化物层。表面控制层是由的cu制成。通过pvd在cu层上形成bisb层，厚度为约对样品进行x射线衍射(xrd)2θ扫描，如图6所示。bisb层示出了(012)取向，而(003)取向的数量很少或没有。
[0086]
实施例b
[0087]
在实施例b中，样品710是通过pvd技术形成的，其层合体堆叠的厚度为约si和nife在室温交融后，层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在硅化物层上形成cu的表面控制层，厚度为约通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成厚度为约sinifesi和nife的层合体堆叠的夹层。在室温交融后，夹层层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。
[0088]
样品720是由层合体堆叠的种子层pvd形成的，其厚度为约si和nife种子
层层合体堆叠在室温交融后形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在硅化物层上形成cu的表面控制层，厚度为约通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成厚度为约si和nife的层合体堆叠的夹层。在室温交融后，夹层层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。
[0089]
样品730是通过pvd技术形成的层合体堆叠，其厚度为约nifesi和nife在室温交融后，层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在硅化物层上形成cu的表面控制层，厚度为约通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成厚度为约si和nife的层合体堆叠的夹层。在室温交融后，夹层层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。
[0090]
样品740是通过pvd技术形成的层合体堆叠，其厚度为约nifesi和nife在室温交融后，层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在硅化物层上形成cu的表面控制层，厚度为约通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成厚度为约si和nife的层合体堆叠的夹层。在室温交融后，夹层层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。
[0091]
样品750是由非导电的非晶si基层的pvd沉积形成的，厚度为约通过pvd在基层上形成层合体堆叠，其厚度为约sinifesinifesi和nife在室温交融后，层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在硅化物层上形成厚度为约的nife和的cu的表面控制层。表面控制层仍然是金属的。通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成厚度为约si和nife的层合体堆叠的夹层。在室温交融后，夹层层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在夹层上形成nife的封盖层，厚度为约封盖层仍然是金属的。
[0092]
样品760是通过pvd技术形成的层合体堆叠，其厚度为约si和nife在室温交融后，层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在硅化物层上形成cu的表面控制层，厚度为约通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成厚度为约sinifesi和nife的层合体堆叠的夹层。在室温交融后，夹层层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。
[0093]
如图7所示，对样品710、720、730、740、750和760，进行了x射线衍射(xrd)2θ扫描。样品示出了bisb层的(012)取向，由于硅化物层的种子层和表面控制层以及夹层提供了低量或无量的(003)取向。
[0094]
实施例c
[0095]
在实施例c中，样品810是在硅晶片上通过pvd形成厚度为约的nife层。nife层在室温交融后与硅晶片形成了高电阻的硅化物层。通过pvd在硅化物层上形成cocu的表面控制层，其厚度为约通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在
bisb层上形成co的表面控制层，其厚度为约在表面控制层上形成金属层，其厚度为约nifeta和ptco的表面控制层有助于提供pt(111)的织构，通过非晶nifeta层，在上面生长出垂直的磁性层。
[0096]
样品820是通过pvd在硅晶片上形成厚度为约的nife层而形成的。nife层在室温交融后与硅晶片形成了高电阻的硅化物层。通过pvd在硅化物层上形成cu的表面控制层，厚度为约通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成co的表面控制层，其厚度为约在表面控制层上形成金属层，其厚度为约nifeta和ptco的表面控制层有助于提供pt(111)的织构，通过非晶nifeta层，在上面生长出垂直的磁性层。
[0097]
样品830是通过pvd在硅晶片上形成厚度为约的nicu层而形成的。nicu层的底部在室温交融后与硅晶片形成了高电阻的硅化物层。通过pvd在作为表面控制层的nicu层的顶部形成厚度为约的bisb层。通过pvd在bisb层上形成co的表面控制层，其厚度为约在表面控制层上形成金属层，其厚度为约nifeta和ptco的表面控制层有助于提供pt(111)的织构，通过非晶nifeta层，在上面生长出垂直的磁性层。
[0098]
样品840是通过pvd在硅晶片上形成厚度为约的nifeta层而形成的。nifeta层的底部在室温交融后与硅晶片形成了高电阻的硅化物层。通过pvd在作为表面控制层的nifeta层的顶部形成厚度为约的bisb层。通过pvd在bisb层上形成co的表面控制层，其厚度为约在表面控制层上形成金属层，其厚度为约nifeta和ptco的表面控制层有助于提供pt(111)的织构，通过非晶nifeta层，在上面生长出垂直的磁性层。
[0099]
样品850是通过pvd在硅晶片上形成厚度为约的cocu层而形成的。cocu层的底部在室温交融后与硅晶片形成了高电阻的硅化物层。通过pvd在作为表面控制层的cocu层的顶部形成厚度为约的bisb层。通过pvd在bisb层上形成co的表面控制层，其厚度为约在表面控制层上形成金属层，其厚度为约nifeta和ptco的表面控制层有助于提供pt(111)的织构，通过非晶nifeta层，在上面生长出垂直的磁性层。
[0100]
样品860是通过pvd在硅晶片上形成厚度为约的nife层而形成的。nife层在室温交融后与硅晶片形成了高电阻的硅化物层。通过pvd在硅化物层上形成co的表面控制层，厚度为约通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成co的表面控制层，其厚度为约在表面控制层上形成金属层，其厚度为约nifeta和ptco的表面控制层有助于提供pt(111)的织构，通过非晶nifeta层，在上面生长出垂直的磁性层。
[0101]
样品870是通过pvd在硅晶片上形成厚度为约的nifeta层而形成的。该nifeta层的底部在室温交融后与硅晶片形成了高电阻的硅化物层。通过pvd在nifeta层的顶部形成nicu的表面控制层，其厚度为约通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约
通过pvd在bisb层上形成co的表面控制层，其厚度为约在表面控制层上形成金属层，其厚度为约nifeta和ptco的表面控制层有助于提供pt(111)的织构，通过非晶nifeta层，在上面生长出垂直的磁性层。
[0102]
如图7所示，对样品810、820、830、840、850、860和870，进行了x射线衍射(xrd)2θ扫描。样品示出了bisb层的(012)取向，由于硅化物层的种子层和表面控制层以及夹层提供了低量或无量的(003)取向。每个样品的硅晶片的顶部表面在室温下形成与形成在硅晶片上的全部或部分金属层相互混合的非导电、单一成分、等级硅化物层。硅化物层是稳定的、非晶的、光滑的、高电阻的，用于生长其bisb层。在样品830和850中，来自形成在硅晶片上的cu合金金属层的cu倾向于被推出硅化物层，从而形成作为表面控制层的cu层，用于在其上生长bisb层，
[0103]
而一些cu留在硅化物中。bisb层上的表面控制层降低了bisb表面粗糙度，并促进了形成于其上的磁性层织构。
[0104]
实施例d
[0105]
在实施例d中，通过在衬底上方pvd沉积种子层，然后在种子层上pvd沉积厚度为约的bisb层，从而形成样品。在bisb层上沉积封盖层。bisb界面的表面粗糙度是用xrr测量的。一些样品在210℃左右的温度下进一步退火，重新测量bisb界面的表面粗糙度。测量的表面粗糙度绘制在图9中。
[0106]
样品901包括沉积在硅晶片上的厚度为约的ta种子层。由的硅、的nife、的si和的fe组成的层合硅化物封盖层沉积在bisb层上，使nife-硅化物的有效总厚度为约样品902包括沉积在硅晶片上的厚度为约的cr种子层。由的硅、的nife、的si和的fe组成的层合硅化物封盖层沉积在bisb层上，使nife-硅化物的有效总厚度为约样品903包括沉积到约厚度的si并且沉积到约厚度的cu的种子层。由的硅、的nife、的si和的fe组成的层合硅化物封盖层沉积在bisb层上，使nife-硅化物的有效总厚度为约样品904包括沉积在硅晶片上的厚度为约的nife种子层。在bisb层上沉积由的钴、的nifeta和的pt组成的封盖层。样品905包括沉积在硅晶片上厚度为约的cu种子层。在bisb层上沉积由的钴、的nifeta和的pt组成的封盖层。样品906包括在硅晶片上沉积厚度为约的nife并且再沉积厚度为约的cu的种子层。在bisb层上沉积由的钴、的nifeta和的pt组成的封盖层。样品907包括沉积在硅晶片上的厚度为约的cocu种子层。在bisb层上沉积由的钴、的nifeta和的pt组成的封盖层。样品908包括沉积在硅晶片上的厚度为约的nifeta种子层。在bisb层上沉积由的钴、的nifeta和的pt组成的封盖层。样品909包括在硅晶片上沉积厚度为约的nifeta并且再沉积厚度为约的nicu的种子层。在bisb层上沉积由的钴、的nifeta和
的pt组成的封盖层。样品910包括沉积在硅晶片上的厚度为约的co种子层。在bisb层上沉积由的钴、的nifeta和的pt组成的封盖层。样品911包括沉积在硅晶片上的厚度为约的nicu种子层。在bisb层上沉积由的钴、的nifeta和的pt组成的封盖层。样品912包括si沉积到约厚度，接着nife沉积到约厚度，然后cu沉积到约厚度的种子层。由的硅、的nife、的si和的fe组成的层合硅化物封盖层沉积在bisb层上，使nife-硅化物的有效总厚度为约样品913包括nife沉积到约的厚度，然后si沉积到约的厚度，然后nife沉积到约的厚度，然后cu沉积到约的厚度种子层。由的硅、的nife、的si和的fe组成的层合硅化物封盖层沉积在bisb层上，使nife-硅化物的有效总厚度为约
[0107]
每个样品由与下面的硅晶片混合的金属形成硅化物层和/或形成与沉积的硅层混合金属。具有金属种子层的样品901、902表现出高表面粗糙度的bisb层。具有由硅化物层组成的种子层的样品903-913示出了低表面粗糙度的bisb层。
[0108]
实施例e
[0109]
在实施例e中，样品通过pvd沉积形成了厚度为约的si和的nife的层合体堆叠。在室温交融后，层合体堆叠在硅层硅晶片的顶部部分或整个部分形成了高电阻、硅化物层。通过pvd在硅化物层上形成cu的表面控制层，厚度为约通过pvd在表面控制层上形成bisb层，厚度为约
[0110]
样品1001包括通过pvd在bisb层上形成厚度为约厚度的ta层。样品1002包括通过pvd在bisb层上形成厚度为约的ta层。样品1003包括通过pvd在bisb层上形成厚度为约的cr层。
[0111]
样品1004包括通过pvd在bisb层上形成厚度为约的si夹层。
[0112]
样品1005包括通过pvd在bisb层上形成的层合体堆叠的夹层，其厚度为约cu和a-si一些cu形成硅化物，而大部分的cu仍然是金属cu。
[0113]
样品1006包括通过pvd在bisb层上形成的层合体堆叠的夹层，其厚度为约nife和si在室温交融后，夹层层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。
[0114]
样品1007包括通过pvd在bisb层上形成的层合体堆叠的夹层，其厚度为约si和nife在室温交融后，夹层层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。
[0115]
样品1008包括通过pvd在bisb层上形成的层合体堆叠的夹层，其厚度为约nife和si在室温交融后，夹层层合体堆叠形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。
[0116]
对沉积的样品的表面粗糙度进行测量。样品在210℃左右的温度下进一步退火，重新测量样品的表面粗糙度。图10中绘制了沉积的和退火后的表面粗糙度。样品1001、1002、1003在退火后显示出较高的表面粗糙度，表明bisb层上的金属层在退火过程中并未通过允
许sb迁移来提高bisb层的光滑度。样品1004、1005、1006、1007、1008在退火后显示出低的表面粗糙度，显示出bisb层上的夹层在退火过程中通过限制sb的迁移提高了bisb层的光滑度。
[0117]
实施例f
[0118]
在实施例f中，样品1101由硅晶片上的cocu种子层pvd形成，厚度为约种子层的底部部分在与硅晶片的顶部部分室温交融后形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在种子层的顶部部分形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成co的夹层，厚度为约在夹层上方沉积pt种子层，诸如用于生长pma层。
[0119]
样品1102是通过pvd形成的种子层，形成为约nife和的厚度。种子层的nife在与硅晶片的顶部部分室温交融后形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在种子层的cu上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成nicu夹层，厚度为约nicu夹层也可以是由薄的ni层和cu层组成的层合体。在夹层上方沉积pt种子层，诸如用于生长pma层。
[0120]
样品1104是通过pvd在nicu的控制层下方形成厚度为约的nife种子层。种子层的nife在与硅晶片的顶部部分室温交融后形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在nicu控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成co的夹层，厚度为约在夹层上方沉积pt种子层，诸如用于生长pma层。
[0121]
样品1105是通过pvd在的nicu控制层下方形成的非晶种子nifeta33层，厚度为约nifetanicu夹层也可以是由薄的ni层和cu层组成的层合体。nifeta33种子层在与硅晶片的顶部部分室温交融后形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在nicu控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成co的夹层，厚度为约在夹层上方沉积pt种子层，诸如用于生长pma层。
[0122]
样品1106是通过pvd形成的nicu种子层，厚度为约nicu夹层也可以是由薄的ni层和cu层组成的层合体。一些ni种子层在与硅晶片的顶部部分室温交融后形成了高电阻、单一成分、分级的硅化物层。通过pvd在nicu控制层上形成bisb层，厚度为约通过pvd在bisb层上形成co的夹层，厚度为约在夹层上方沉积pt种子层，诸如用于生长pma层。
[0123]
如图11所示，对样品1101、1102、1104、1105和1106进行了x射线衍射(xrd)2θ扫描。这些样品示出了bisb层的(012)取向，由于种子层和夹层提供了低量或无量的(003)取向。每个样品都从种子层和硅晶片的顶部表面形成硅化物层。这些样品中的每一个样品都包括夹层，这有助于改善bisb的粗糙度(即增加退火时的光滑度)。可以选择夹层来增强后续层的织构，诸如垂直的磁性层的种子层。例如，样品1102示出，ni/cu层合体的夹层增强了(111)的织构，以获得更好的垂直磁各向异性特性，诸如用于pma种子层的pt(111)的生长。样品1105示出，使用nicu作为控制层，当与非晶种子层nifeta一起使用时，也可用于增强用于pma层的pt(111)种子层织构的生长。
[0124]
实施例g
[0125]
在实施例g中，通过pvd在衬底上沉积非晶nifeta层并在nifeta层上沉积bisb层至约的厚度，从而形成样品。样品1201的nifeta层含有约62原子％的ta，并沉积到的厚度。样品1202的nifeta层含有约33原子％的ta，并沉积到的厚度。样品1203的nifeta层含有约27个原子％的ta，并沉积到的厚度。样品1204的nifeta层含有约22个原子％的ta，并沉积到的厚度。
[0126]
图12示出了bisb(012)织构的非晶nifeta种子成分xrd 2θ扫描，其中ta的成分与基于非晶的合金的测量晶格参数的预期值相匹配，这与bisb(012)近似的矩形表面(短
‘
a’边)匹配。
[0127]
与样品1203相比，样品1202示出了更多的bisb(012)织构。与样品1204相比，样品1203示出了更多的bisb(012)织构。与样品1201相比，样品1204示出了更多的bisb(012)织构。
[0128]
图12中的插图是非晶nifeta层的表面示意图。非晶nifeta层显示出局部六角形对称的表面，晶粒尺寸均匀。
[0129]
实施例h
[0130]
图13示出了转换为fcc a轴的非晶峰晶格间距与m＝ta、w、si的合金元素(nife)(1-x)m
x
组成的关系图。矩形框表示非晶合金的晶格参数范围，以产生强(012)bisb织构，以及nifem非晶合金的成分范围，其中m＝ta,w,si。对于合金元素(nife)(1-x)m
x
(m＝ta)，在矩形框内的晶格参数范围内以匹配bisb并产生强(012)bisb织构的w对于nifeta
x
是22《x《43，诸如32《x《37，并且对于nifew
x
是19《x《40，诸如28《x《40。nifesi晶格似乎低于晶格间距，以直接促进强bisb(012)织构。然而，nifesi与表面控制层诸如cu、cuagni一起使用，则nifesi会促进强bisb(012)织构。例如，形成厚度为约至的nife硅化物，并在其上形成厚度为约至的cu或cuagni种子层，可促进强bisb(012)织构。
[0131]
实施例i
[0132]
图14示出了非晶峰晶格间距转换为hcp(平方根系数)并与m＝ta、w、si的合金元素(nife)(1-x)m
x
组成的关系图。对于晶格参数不在该范围内的非晶硅化物，如nifesi，不会直接促进bisb(012)织构，但当与在该范围内的(111)ffc或(002)hcp织构的表面控制层一起使用时，那么硅化物促进强bisb(012)织构。例如，形成厚度为约至的nife硅化物，并在其上形成厚度为约至的cu或cuagni种子层，可促进强bisb(012)织构。
[0133]
虽然前述内容针对本公开的实施方案，但是可以在不脱离本公开的基本范围的情况下设想本公开的其他和另外的实施方案，并且本公开的范围由所附权利要求书确定。