磁隧道结器件、电子系统以及存储系统及其制造方法技术方案

本发明专利技术提供一种磁隧道结器件，该磁隧道结器件包括：固定磁结构；自由磁结构；自由磁结构；以及在固定磁结构和自由磁结构之间的隧道势垒，固定磁结构和自由磁结构的至少之一包括垂直磁化保存层、在垂直磁化保存层与隧道势垒之间的磁性层、以及在垂直磁化保存层与磁性层之间的垂直磁化诱导层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术构思的实施方式总地涉及半导体存储装置。例如，本专利技术构思的实施方式涉及包括磁隧道结(MTJ)器件的半导体存储装置、存储器、电子系统、以及存储系统及其制造方法。
技术介绍
随着便携式计算机和无线通信装置的使用増加，存储装置需要更高的密度、更低的功率、和/或非易失性特性。磁存储装置能满足上述技术要求。一种用于磁存储装置的示例数据存储机理是MTJ的隧道磁阻(TMR)效应。例如，已经开发了具有MTJ的磁存储装置使得MTJ可具有几百至几千百分比的TMR比率。然而，随着图案尺寸减小，其变得更难以提供热稳定的MTJ。
技术实现思路
本专利技术构思的示例实施方式提供具有改善的热稳定性的磁存储装置。本专利技术构思的其它示例实施方式提供具有改善的热稳定性的磁存储装置的制造方法。根据本专利技术构思的示例实施方式，ー种磁隧道结器件可以包括固定磁结构；自由磁结构；以及在固定磁结构和自由磁结构之间的隧道势鱼，固定磁结构和自由磁结构的至少;—包括垂直磁化保存居(,perpendicular magnetization preserving layer)、在垂直磁化保存层与隧道势垒之间的磁性层、以及在垂直磁化保存层与磁性层之间的垂直磁化诱导层。在示例实施方式中，磁性层由铁磁材料制成。在示例实施方式中，铁磁材料是CoFeB、CoFe, NiFe, CoFePt, CoFePd, CoFeCr,CoFeTb、CoFeGd 和 CoFeNi 的至少ー种。在示例实施方式中，磁性层具有在大约I埃至大约30埃范围内的厚度。在示例实施方式中，磁性层具有在大约3埃至大约17埃范围内的厚度。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层直接接触磁性层。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层包括Ta、Ti、U、Ba、Zr、Al、Sr、Hf、La、Ce、Sm、Mg、Th、Ca、Sc和Y的至少一种。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层具有高于磁性层或垂直磁化保存层的电阻率。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层具有小于磁性层或垂直磁化保存层的厚度。在示例实施方式中，垂直磁化保存层具有低于垂直磁化诱导层的电阻率。在示例实施方式中，垂直磁化保存层由至少ー种贵金属或铜形成。在示例实施方式中，至少ー种贵金属包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)、钼(Pt)、和金(Au) ο在示例实施方式中，磁隧道结器件还包括基板；其中固定磁结构是靠近基板的下结构以及其中自由磁结构是远离基板的上结构。在示例实施方式中，磁隧道结器件还包括基板；其中自由磁结构是靠近基板的下结构以及其中固定磁结构是远离基板的上结构。根据本专利技术构思的示例实施方式，电子设备可以包括总线；无线接ロ，配置为发送数据到无线通信网络或从所述无线通信网络接收数据，该无线通信网络连接到总线；连接到总线的I/o器件；连接到总线的控制器；以及包括半导体器件且连接到总线的存储器，该半导体器件包括磁隧道结器件，该存储器配置为存储将被控制器使用的命令码或用户数据。根据本专利技术构思的示例实施方式，存储系统可包括包括半导体器件且用于存储数据的存储装置，该半导体器件包括磁隧道结器件；以及存储控制器，配置为控制存储装置以响应于主机的读/写请求而读取存储在存储装置中的数据或者将数据写入存储装置。 根据本专利技术构思的示例实施方式，ー种磁隧道结器件可包括固定磁结构；自由磁结构；以及在固定磁结构与自由磁结构之间的隧道势鱼。固定磁结构和自由磁结构的至少之ー包括垂直磁化保存层，在垂直磁化保存层与隧道势垒之间的磁性层，以及在垂直磁化保存层与磁性层之间的垂直磁化诱导层。其中磁性层具有小于垂直磁化诱导层的氧亲和力。在示例实施方式中，垂直磁化保存层具有小于垂直磁化诱导层的氧亲和力。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层是含氧材料。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层是金属氧化物。在示例实施方式中，金属氧化物是镁氧化物、钽氧化物、钛氧化物、铝氧化物、镁锌氧化物、铪氧化物、和镁硼氧化物中的至少ー种。在示例实施方式中，垂直磁化保存层由电阻率低于钽或钛的至少ー种材料形成。根据本专利技术构思的示例实施方式，ー种磁隧道结器件可包括包括钉扎层的第一结构；包括自由层的第二结构；以及在第一结构和第二结构之间的隧道势垒。第二结构包括磁性层；在磁性层上的垂直磁化诱导层，在垂直磁化诱导层上的垂直磁化保存层；以及在垂直磁化保存层上的盖层。在示例实施方式中，磁性层具有小于垂直磁化诱导层的氧亲和力。在示例实施方式中，垂直磁化保存层具有小于垂直磁化诱导层的氧亲和力。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层是含氧材料。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层是金属氧化物。在示例实施方式中，金属氧化物是镁氧化物、钽氧化物、钛氧化物、铝氧化物、镁锌氧化物、铪氧化物、和镁硼氧化物中的至少ー种。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层具有小于磁性层或垂直磁化保存层的厚度。根据本专利技术构思的示例实施方式，一种制造磁性器件的方法可包括形成磁性层；在磁性层上形成垂直磁化诱导层；在垂直磁化诱导层上形成垂直磁化保存层；氧化垂直磁化保存层；以及退火被氧化的垂直磁化保存层以将氧从垂直磁化保存层扩散到垂直磁化诱导层。在示例实施方式中，该方法还包括在被氧化的垂直磁化保存层上形成盖层。在示例实施方式中，氧化垂直磁化保存层包括在0_500°C的温度供应含氧气体。在示例实施方式中，含氧气体还包括臭氧。在示例实施方式中，氧化垂直磁化保存层包括形成化学计量的氧化物层。在示例实施方式中，氧化垂直磁化保存层包括在垂直磁化保存层中不均匀地分布氧原子。在示例实施方式中，退火被氧化的垂直磁化保存层包括热处理，该热处理包括供应氮气和惰性气体的至少ー种作为环境气体。在示例实施方式中，磁性层具有小于垂直磁化诱导层的氧亲和力。在示例实施方式中，垂直磁化保存层具有小于垂直磁化诱导层的氧亲和力。 在示例实施方式中，磁性层由铁磁材料制成。在示例实施方式中，铁磁材料是CoFeB、CoFe, NiFe, CoFePt, CoFePd, CoFeCr,CoFeTb、CoFeGd 和 CoFeNi 的至少ー种。在示例实施方式中，磁性层具有在大约I埃至大约30埃范围内的厚度。在示例实施方式中，磁性层具有在大约3埃至大约17埃范围内的厚度。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层直接接触磁性层。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层是含氧材料。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层是金属氧化物。在示例实施方式中，金属氧化物是镁氧化物、钽氧化物、钛氧化物、铝氧化物、镁锌氧化物、铪氧化物和镁硼氧化物中的至少ー种。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层包括Ta、Ti、U、Ba、Zr、Al、Sr、Hf、La、Ce、Sm、Mg、Th、Ca、Sc和Y的至少一种。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层具有高于磁性层或垂直磁化保存层的电阻率。在示例实施方式中，垂直磁化诱导层具有小于磁性层或垂直磁化保存层的厚度。在示例实施方式中，垂直磁化保存层具有低于垂直磁化诱导层的电阻率。在示例实施方式中，垂直磁化保存层由至少ー种贵金属或铜形成。在示例实施方式中，至少ー种贵金属包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)、钼(Pt)、和金(Au) ο在示例实施方式中，垂直磁化保存层由电阻率低于钽或钛的至少ー种材料形成。根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.18 KR 10-2011-0024429;2011.07.27 KR 10-2011.ー种磁隧道结器件，包括 固定磁结构； 自由磁结构；以及 在所述固定磁结构与所述自由磁结构之间的隧道势垒， 所述固定磁结构和所述自由磁结构的至少之ー包括 垂直磁化保存层， 在所述垂直磁化保存层与所述隧道势垒之间的磁性层，以及 在所述垂直磁化保存层和所述磁性层之间的垂直磁化诱导层。2.根据权利要求I所述的磁隧道结器件，其中所述磁性层由铁磁材料制成。3.根据权利要求2所述的磁隧道结器件，其中所述铁磁材料是CoFeB、CoFe,NiFe,CoFePt, CoFePd, CoFeCr, CoFeTb, CoFeGd 和 CoFeNi 的至少ー种。4.根据权利要求I所述的磁隧道结器件，其中所述磁性层具有在I埃至30埃范围内的厚度。5.根据权利要求4所述的磁隧道结器件，其中所述磁性层具有在3埃至17埃范围内的厚度。6.根据权利要求I所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化诱导层直接接触所述磁性层。7.根据权利要求I所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化诱导层包括Ta、Ti、U、Ba、Zr、Al、Sr、Hf、La、Ce、Sm、Mg、Th、Ca、Sc 和 Y 的至少ー种。8.根据权利要求I所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化诱导层具有比所述磁性层或所述垂直磁化保存层高的电阻率。9.根据权利要求I所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化诱导层具有比所述磁性层或所述垂直磁化保存层小的厚度。10.根据权利要求I所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化保存层具有比所述垂直磁化诱导层低的电阻率。11.根据权利要求I所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化保存层由至少ー种贵金属或铜形成。12.根据权利要求11所述的磁隧道结器件，其中所述至少ー种贵金属包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)、钼(Pt)、和金(Au)。13.根据权利要求I所述的磁隧道结器件，还包括 基板； 其中所述固定磁结构是靠近所述基板的下结构以及其中所述自由磁结构是远离所述基板的上结构。14.根据权利要求I所述的磁隧道结器件，还包括 基板； 其中所述自由磁结构是靠近所述基板的下结构以及其中所述固定磁结构是远离所述基板的上结构。15.—种电子设备,包括 总线；无线接ロ，配置为发送数据到无线通信网络或从所述无线通信网络接收数据，所述无线通信网络连接到所述总线； 连接到所述总线的I/o器件； 连接到所述总线的控制器；以及 包括半导体器件的存储器，该半导体器件包括根据权利要求I所述的磁隧道结器件， 该存储器连接到所述总线且配置为存储用户数据或者将被所述控制器使用的命令码。16.—种存储系统,包括 包括半导体器件且用于存储数据的存储装置，该半导体器件包括根据权利要求I所述的磁隧道结器件；以及 存储控制器，配置为控制所述存储装置以响应于主机的读/写请求而读取存储在所述存储装置中的数据或者将数据写入所述存储装置。17.ー种磁隧道结器件，包括 固定磁结构； 自由磁结构；以及 在所述固定磁结构与所述自由磁结构之间的隧道势垒， 所述固定磁结构和所述自由磁结构的至少之ー包括 垂直磁化保存层， 在所述垂直磁化保存层与所述隧道势垒之间的磁性层，以及 在所述垂直磁化保存层与所述磁性层之间的垂直磁化诱导层； 其中所述磁性层具有小于所述垂直磁化诱导层的氧亲和力。18.根据权利要求17所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化保存层具有小于所述垂直磁化诱导层的氧亲和力。19.根据权利要求17所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化诱导层是含氧材料。20.根据权利要求17所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化诱导层是金属氧化物。21.根据权利要求20所述的磁隧道结器件，其中所述金属氧化物是镁氧化物、钽氧化物、钛氧化物、招氧化物、镁锌氧化物、铪氧化物、和镁硼氧化物中的至少ー种。22.根据权利要求17所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化保存层由电阻率低于钽或钛的至少ー种材料形成。23.ー种磁隧道结器件，包括 包括钉扎层的第一结构； 包括自由层的第二结构；以及 在所述第一结构和所述第二结构之间的隧道势垒， 所述第二结构包括 磁性层； 在所述磁性层上的垂直磁化诱导层； 在所述垂直磁化诱导层上的垂直磁化保存层； 在所述垂直磁化保存层上的盖层。24.根据权利要求23所述的磁隧道结器件，其中所述磁性层具有小于所述垂直磁化诱导层的氧亲和力。25.根据权利要求23所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化保存层具有小于所述垂直磁化诱导层的氧亲和力。26.根据权利要求23所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化诱导层是含氧材料。27.根据权利要求26所述的磁隧道结器件，其中所述垂直磁化诱导层是金属氧化物。28.根据权利要求27所述的磁隧道结器件，其中所述金属氧化物是镁氧化物、钽氧化物、钛氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴正宪，吴世忠，金佑填，朴相奂，李将银，林佑昶，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：