磁性存储装置及其形成方法制造方法及图纸

提供了一种磁性存储装置及其形成方法。该磁性存储装置可以包括自由磁性结构，隧道势垒层和钉扎磁性结构，其中，隧道势垒层位于自由磁性结构和钉扎磁性结构之间。钉扎磁性结构可以包括第一钉扎层和第二钉扎层以及位于第一钉扎层和第二钉扎层之间的交换耦合层。第二钉扎层可以位于第一钉扎层和隧道势垒层之间，第二钉扎层可以包括结磁性层以及位于结磁性层和交换耦合层之间的缓冲层。缓冲层可以包括包含非磁性金属元素的材料的层。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】提供了一种。该磁性存储装置可以包括自由磁性结构，隧道势垒层和钉扎磁性结构，其中，隧道势垒层位于自由磁性结构和钉扎磁性结构之间。钉扎磁性结构可以包括第一钉扎层和第二钉扎层以及位于第一钉扎层和第二钉扎层之间的交换耦合层。第二钉扎层可以位于第一钉扎层和隧道势垒层之间，第二钉扎层可以包括结磁性层以及位于结磁性层和交换耦合层之间的缓冲层。缓冲层可以包括包含非磁性金属元素的材料的层。【专利说明】 本专利申请要求于2013年7月3日在韩国知识产权局提交的第10-2013-0077782 号韩国专利申请以及于2014年1月15日在美国专利商标局提交的第14/155, 725号美国 非临时申请的优先权，该韩国专利申请的全部公开通过引用全部包含于此。
本专利技术构思的示例实施例涉及存储装置，具体地讲，涉及磁性存储装置。
技术介绍
由于对具有提高的速度和/或减少的功耗的电子装置的需要，因此半导体装置可 能会需要更快的操作速度和/或更低的操作电压。已经提出磁性存储装置来满足这样的需 要。例如，磁性存储装置可以提供诸如减少的等待时间和/或非易失性的技术优点。因此， 磁性存储装置成为下一代存储装置。 磁性存储装置可以包括磁性隧道结（MTJ)。磁性隧道结可以包括两个磁性层和设 置在磁性层之间的隧道势垒层。磁性隧道结的电阻可以根据磁性层的磁化方向而改变。例 如，当磁性层具有反平行的磁化方向时磁性隧道结的电阻可以大于当其具有平行的磁化方 向时磁性隧道结的电阻。这样的电阻差可以用作磁性存储装置的数据储存操作。然而，仍 然需要更多的研究来大量生产磁性存储装置。
技术实现思路
本专利技术构思的示例实施例可以提供磁性存储装置及其制造方法，所述磁性存储装 置被构造成在磁性层之间具有增加的磁致电阻率和/或增强的反铁磁耦合。 根据本专利技术构思的一些实施例，一种磁性存储装置可以包括自由磁性结构、隧道 势垒层和钉扎磁性结构，其中，隧道势垒层位于自由磁性结构和钉扎磁性结构之间。钉扎磁 性结构可以包括第一钉扎层和第二钉扎层以及位于第一钉扎层和第二钉扎层之间的交换 耦合层。第二钉扎层可以位于第一钉扎层和隧道势垒层之间，第二钉扎层可以包括结磁性 层以及位于结磁性层和交换耦合层之间的缓冲层。缓冲层可以包括包含非磁性金属元素的 材料的层。 非磁性金属元素的原子质量可以比结磁性层中的任意元素的原子质量大。 非磁性金属元素的熔点可以比结磁性层中的任意元素的熔点高。 缓冲层的材料中的非磁性金属元素的重量百分数可以大于结磁性层中的非磁性 金属元素的重量百分数。 非磁性金属元素可以包括钽（Ta)、钨（W)、铌（Nb)、钛（Ti)、铬（Cr)、铪（Hf)、锆 (Zr)、钥（Mo)和/或钒（V)中的至少一种。 缓冲层的材料还可以包括铁磁元素和非金属元素。 铁磁元素可以包括钴（Co)、铁（Fe)和/或镍中的至少一种，非磁性元素可以包括 硼。 结磁性层和缓冲层可以具有不同的结晶特性。结磁性层的结晶度可以比缓冲层的 结晶度高。例如，结磁性层可以具有体心立方晶体结构，缓冲层可以具有无定形结构。 结磁性层可以包括钴、铁和/或它们的合金中的至少一种。例如，结磁性层包括 CoFeB、CoHf、Co和/或CoZr中的至少一种。 隧道势鱼层可以包括氧化镁（MgO)。 交换耦合层可以包括钌、铱和/或铑中的至少一种。 此外，自由磁性结构可以设置在基底和钉扎磁性结构之间，或者，钉扎磁性结构可 以设置在基底和自由磁性结构之间。 根据本专利技术构思的一些其他实施例，一种磁性存储装置可以包括自由磁性结构、 隧道势垒层和钉扎磁性结构，其中，隧道势垒层位于自由磁性结构和钉扎磁性结构之间。钉 扎磁性结构可以包括第一钉扎层和第二钉扎层以及位于第一钉扎层和第二钉扎层之间的 交换耦合层。第二钉扎层可以位于第一钉扎层和隧道势垒层之间。第二钉扎层可以包括结 磁性层以及位于结磁性层和交换耦合层之间的缓冲层，结磁性层和缓冲层可以具有不同的 结晶特性。 结磁性层的结晶度可以大于缓冲层的结晶度。例如，结磁性层可以具有体心立方 晶体结构，缓冲层可以具有无定形结构。 结磁性层可以包括钴、铁和/或它们的合金中的至少一种。例如，结磁性层可以包 括CoFeB、CoHf、Co和/或CoZr中的至少一种。 缓冲层可以包括包含非磁性金属元素、铁磁元素和非金属元素的材料的层。缓冲 层的材料中的非磁性金属元素的重量百分数可以大于结磁性层中的非磁性金属元素的重 量百分数。非磁性金属元素的原子质量可以比钴的原子质量大。非磁性金属元素可以包括 钽（Ta)、钨（W)、铌（Nb)、钛（Ti)、铬（Cr)、铪（Hf)、锆（Zr)、钥（Mo)和/或钒（V)中的至 少一种。铁磁元素可以包括钴（Co)、铁（Fe)和/或镍中的至少一种，非磁性元素可以包括 硼。 隧道势垒层可以包括氧化镁（MgO)。 交换耦合层可以包括钌、铱和/或铑中的至少一种。 此外，自由磁性结构可以位于基底和钉扎磁性结构之间，或者，钉扎磁性结构可以 位于基底和自由磁性结构之间。 根据本专利技术构思的其他实施例，一种形成磁性存储装置的方法可以包括：形成自 由磁性结构（FRL);在自由磁性结构上形成隧道势垒层；在隧道势垒层上形成无定形的结 磁性层；以及在无定形的结磁性层上形成无定形的缓冲层。在形成隧道势垒层、无定形的结 磁性层和无定形的缓冲层之后，可以对无定形的结磁性层和无定形的缓冲层进行退火，以 使无定形的结磁性层转变为结晶的结磁性层，同时维持无定形的缓冲层，使得在退火处理 之后，结晶的结磁性层的结晶度大于无定形的缓冲层的结晶度。 在退火之后，可以在结晶的结磁性层上形成交换耦合层，可以在交换耦合层上形 成钉扎层。 在退火处理之前，可以在无定形的结磁性层上形成交换耦合层，可以在交换耦合 层上形成钉扎层。 根据本专利技术构思的另外其他的实施例，一种形成磁性存储装置的方法可以包括： 在基底上形成钉扎层；在钉扎层上形成交换耦合层；在交换耦合层上形成无定形的缓冲 层；在无定形的缓冲层上形成无定形的结磁性层；以及在无定形的结磁性层上形成隧道势 垒层。可以对无定形的结磁性层和无定形的缓冲层进行退火，以使无定形的结磁性层转变 成结晶的结磁性层，同时维持无定形的缓冲层，使得结晶的结磁性层的结晶度大于无定形 的缓冲层的结晶度。 此外，可以在隧道势垒层上形成自由磁性结构（FRL)。 【专利附图】【附图说明】 通过下面结合附图进行的简要的描述，将更清楚地理解示例实施例。附图代表非 限制性的如这里描述的示例实施例。 图1是示出根据本专利技术构思的示例实施例的磁性存储装置的单位存储单元的电 路图。 图2和图3是示出根据本专利技术构思的示例实施例的磁性隧道结的示意图。 图4是示出根据本专利技术构思的示例实施例的可以构成磁性隧道结的一部分的参 考磁性结构的剖视图。 图5是示出根据本专利技术构思的示例实施例的缓冲层的示意图。 图6是示出根据本专利技术构思的其他示例实施例的缓冲层的示意图。 图7是示出根据本专利技术构思的其他示例实施例的可以构成磁性隧道结的一部分 的参考层的剖视图。 图8至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性存储装置，所述磁性存储装置包括：自由磁性结构；隧道势垒层；以及钉扎磁性结构，其中，隧道势垒层位于自由磁性结构和钉扎磁性结构之间，其中，钉扎磁性结构包括第一钉扎层和第二钉扎层以及位于第一钉扎层和第二钉扎层之间的交换耦合层，其中，第二钉扎层位于第一钉扎层和隧道势垒层之间，其中，第二钉扎层包括结磁性层以及位于结磁性层和交换耦合层之间的缓冲层，其中，缓冲层包括包含非磁性金属元素的材料的层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李俊明，李仑宰，金佑填，
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