磁阻随机存取存储器件制造技术

一种磁阻随机存取存储器件包括：被钉扎层；在被钉扎层上的隧道势垒层；在隧道势垒层上的自由层结构，该自由层结构包括多个磁性层和分别在相邻的磁性层之间的多个金属插入层；以及在自由层结构上的上氧化物层，其中每个金属插入层包括掺有磁性材料的非磁性金属材料，所述多个金属插入层彼此间隔开。所述多个金属插入层彼此间隔开。所述多个金属插入层彼此间隔开。

【技术实现步骤摘要】
磁阻随机存取存储器件


[0001]实施方式涉及磁阻随机存取存储(MRAM)器件。

技术介绍

[0002]电子装置可以具有高速度和低功率，嵌入在电子装置中的存储器件也可以具有快速的读/写操作和低的操作电压。

技术实现思路

[0003]实施方式可以通过提供一种磁阻随机存取存储器件实现，该磁阻随机存取存储器件包括：被钉扎层；在被钉扎层上的隧道势垒层；在隧道势垒层上的自由层结构，该自由层结构包括多个磁性层和分别在所述多个磁性层中的相邻的磁性层之间的多个金属插入层；以及在自由层结构上的上氧化物层，其中所述多个金属插入层中的每个金属插入层包括掺有磁性材料的非磁性金属材料，所述多个金属插入层彼此间隔开。
[0004]实施方式可以通过提供一种磁阻随机存取存储器件实现，该磁阻随机存取存储器件包括：被钉扎层；在被钉扎层上的隧道势垒层；在隧道势垒层上的自由层结构；以及在自由层结构上的上氧化物层，其中自由层结构包括第一磁性层、在第一磁性层上的第一金属插入层、在第一金属插入层上的第二磁性层、在第二磁性层上的第二金属插入层以及在第二金属插入层上的第三磁性层，第一金属插入层包括掺有第一磁性材料的第一非磁性金属材料，第二金属插入层包括掺有第二磁性材料的第二非磁性金属材料。
[0005]实施方式可以通过提供一种磁阻随机存取存储器件实现，该磁阻随机存取存储器件包括：被钉扎层；在被钉扎层上的隧道势垒层；在隧道势垒层上的自由层结构；以及在自由层结构上的上氧化物层，其中自由层结构包括：具有垂直磁各向异性并包括铁磁材料的第一磁性层；在第一磁性层上的第一金属插入层，该第一金属插入层包括掺有第一磁性材料的第一非磁性金属材料；在第一金属插入层上的第二磁性层，该第二磁性层具有垂直磁各向异性并包括铁磁材料；在第二磁性层上的第二金属插入层，该第二金属插入层包括掺有第二磁性材料的第二非磁性金属材料；以及在第二金属插入层上的第三磁性层，该第三磁性层具有垂直磁各向异性并包括铁磁材料。
附图说明
[0006]通过参照附图对示例性实施方式进行详细描述，特征将对于对本领域技术人员变得明显，附图中：
[0007]图1是根据示例实施方式的MRAM器件的框图；
[0008]图2是根据示例实施方式的MRAM器件的单元阵列的电路图；
[0009]图3是根据示例实施方式的MRAM器件的单位存储单元的概念图；
[0010]图4是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图；
[0011]图5A、图5B和图5C分别是根据示例实施方式的自由层结构的金属插入层中的掺入
的磁性材料的分布的剖视图；
[0012]图6A和图6B是示出根据示例实施方式的MRAM器件的操作的图；
[0013]图7是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图；
[0014]图8是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图；
[0015]图9是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图；
[0016]图10是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图；以及
[0017]图11是根据示例实施方式的MRAM器件的剖视图。
具体实施方式
[0018]图1是根据示例实施方式的MRAM器件的框图。
[0019]参照图1，MRAM器件可以包括单元阵列1、行解码器2、列解码器3、读/写电路4和控制逻辑5。
[0020]单元阵列1可以包括多条字线、多条位线和存储单元。存储单元可以分别连接在字线和位线的交叉点处。下面将参照图2描述单元阵列1。
[0021]行解码器2可以通过字线连接到单元阵列1。行解码器2可以解码从外部输入的地址，因此所述多条字线中的一条可以被选择。
[0022]列解码器3可以通过位线连接到单元阵列1。列解码器3可以解码从外部输入的地址，因此所述多条位线中的一条可以被选择。由列解码器3选择的位线可以连接到读/写电路4。
[0023]通过控制逻辑5的控制，读/写电路4可以供应用于存取被选择的存储单元的位线偏压。在一实现方式中，读/写电路4可以向被选择的位线供应位线偏压以用于在被选择的存储单元处写入或读取数据。
[0024]控制逻辑5可以根据从外部供应的命令信号输出用于控制MRAM器件的控制信号。从控制逻辑5输出的控制信号可以控制读/写电路4。
[0025]图2是根据示例实施方式的MRAM器件的单元阵列的电路图。图3是根据示例实施方式的MRAM器件的单位存储单元的概念图。
[0026]参照图2和图3，单元阵列1可以包括多条位线BL、多条字线WL和多个单位存储单元MC。
[0027]字线WL可以在第一方向上(例如，纵向地)延伸，位线BL可以在与第一方向交叉的第二方向上(例如，纵向地)延伸。单位存储单元MC可以二维或三维地排列。单位存储单元MC可以分别连接在字线WL和位线BL的交叉点处。在一实现方式中，连接到字线WL的每个单位存储单元MC可以通过位线BL连接到读/写电路(参照图1的4)。
[0028]在MRAM器件中，单位存储单元MC可以包括磁隧道结(MTJ)结构100和选择器件200。
[0029]MTJ结构100可以连接在位线BL和选择器件200之间，选择器件200可以连接在MTJ结构100和字线WL之间。MTJ结构100可以包括被钉扎层110、隧道势垒层130、自由层结构120和上氧化物层140。下面将更详细地描述MTJ结构100。
[0030]在一实现方式中，下电极90可以在MTJ结构100下面(例如，在MTJ结构100的一侧)，上电极190可以在MTJ结构100上(例如，在MTJ结构100的另一侧)。在一实现方式中，被钉扎层110可以在下电极90和隧道势垒层130之间，自由层结构120可以在隧道势垒层130和上电
极190之间。
[0031]选择器件200可以选择性地控制经过MTJ结构100的电荷的流动。在一实现方式中，选择器件200可以包括二极管、PNP双极晶体管、NPN双极晶体管、NMOSFET(场效应晶体管)或PMOSFET。当选择器件200包括诸如双极晶体管或MOSFET的三端器件时，附加布线可以连接到选择器件200。如这里使用的，术语“或”不是排他性术语，例如，“A或B”将包括A、B、或A和B。
[0032]MTJ结构100可以用作可变电阻元件，该可变电阻元件可以根据施加到其的电信号而具有两种电阻状态之一。在一实现方式中，当被钉扎层110的磁化方向和自由层结构120的磁化方向平行时，MTJ结构100可以具有低电阻，该状态可以被称为数据“0”。当被钉扎层110的磁化方向和自由层结构120的磁化方向反平行时，MTJ结构100可以具有高电阻，该状态可以被称为数据“1”。
[0033]图4是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图。图5A、图5B和图5C分别是根据示例实施方式的自由层结构的金属插入层中的掺入的磁性材料的分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁阻随机存取存储器件，包括：被钉扎层；在所述被钉扎层上的隧道势垒层；在所述隧道势垒层上的自由层结构，所述自由层结构包括多个磁性层和分别在所述多个磁性层中的相邻的磁性层之间的多个金属插入层；以及在所述自由层结构上的上氧化物层，其中：所述多个金属插入层中的每个金属插入层包括掺有磁性材料的非磁性金属材料，以及所述多个金属插入层彼此间隔开。2.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中所述多个金属插入层中的每个金属插入层具有至的厚度。3.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中包括在所述多个金属插入层中的每个金属插入层中的所述磁性材料具有5％至40％的浓度。4.根据权利要求3所述的磁阻随机存取存储器件，其中包括在所述多个金属插入层中的每个金属插入层中的所述磁性材料具有20％至40％的浓度。5.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中掺入到所述多个金属插入层中的每个金属插入层中的所述磁性材料在垂直方向上部分地连接。6.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中：掺入到所述多个金属插入层中的每个金属插入层中的所述磁性材料具有在垂直方向上连接的结构，以及所述磁性材料是垂直地连接到所述多个磁性层中的相邻的磁性层的磁桥图案。7.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中所述多个金属插入层中的每个金属插入层连续地在所述多个磁性层中的一个磁性层上，使得所述多个磁性层中的相邻的磁性层通过所述多个金属插入层中的一个金属插入层而分隔开。8.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中包括在所述自由层结构中的所述多个磁性层的厚度之和大于包括在所述自由层结构中的所述多个金属插入层的厚度之和。9.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中：包括在所述多个金属插入层中的每个金属插入层中的所述非磁性金属材料包括钼、钨、钽、钌、锆、铌、钇、钪、钒、铬、碲和/或铪，以及掺入到所述非磁性金属材料中的所述磁性材料包括铁、钴、钆和/或镍。10.一种磁阻随机存取存储器件，包括：被钉扎层；在所述被钉扎层上的隧道势垒层；在所述隧道势垒层上的自由层结构；以及在所述自由层结构上的上氧化物层，其中所述自由层结构包括：第一磁性层，在所述第一磁性层上的第一金属插入层，所述第一金属插入层包括掺有第一磁性材料
的第一非磁性金属材料，在所述第一金属插入层上的第二磁性层，在所述第二磁性层上的第二金属插入层，所述第二金属插入层包括掺有第二磁性材料的第二非磁性金属材料，以及在所述第二金属插入层上的第三磁性层。11.根据权利要求10所述的磁阻随机存取存储器件，其中：掺入到所述第一金属插入层中的所述第一磁性材料垂直地连接到所述第一磁性层和所述第二磁性层，以及掺入到...

【专利技术属性】
技术研发人员：金英铉，吴世忠，申喜珠，金哉勋，朴相奂，朴正桓，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：