磁阻元件和包括其的存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种磁阻元件及包括其的存储装置。该磁阻元件包括自由层和从自由层突出的突出元件。该突出元件可以具有封闭的围栏结构。该突出元件可以包括从自由层的第一方向的两端突出的第一部分和从自由层的第二方向的两端突出的第二部分。第一部分和第二部分可以具有相同的突出长度。第一部分和第二部分可以具有不同的突出长度。另一方面，突出元件可以包括从自由层的第一方向的两端的至少之一突出的第一部分和从自由层的第二方向的两端的至少之一突出的第二部分。

【技术实现步骤摘要】
磁阻元件和包括其的存储装置
本公开涉及磁阻元件和包括其的存储装置。
技术介绍
磁性随机存取存储器（MRAM）是通过利用磁性隧穿结（MTJ）元件的电阻变化来存储数据的存储装置。MTJ元件的电阻根据自由层的磁化方向而改变。换言之，当自由层的磁化方向与被钉扎层的磁化方向相同时，MTJ元件具有低电阻。当自由层的磁化方向与被钉扎层的磁化方向相反时，MTJ元件具有高电阻。如果MTJ元件具有低电阻，则数据可以相应于“0”。相反，如果MTJ元件具有高电阻，则数据可以相应于“1”。MRAM作为下一代非易失性存储装置之一由于其诸如非易失性、高速操作和高耐久性的优点而引起注意。存储在MTJ元件中的数据的热稳定性与自由层的能量势垒（Eb）相关。已知当自由层是平面内磁性各向异性材料层时，如果Eb/kBT（kB：玻尔兹曼常数，T：绝对温度）约为60，则MTJ元件的热稳定性可以保持大约10年。通常，MTJ元件的特征尺寸，即自由层的特征尺寸，应该至少约为40nm以确保大约60的相对高的Eb/kBT，虽然其可以根据自由层的厚度而稍微改变。这意味着难以将MTJ元件的特征尺寸减小到小于40nm。因此，难以将MRAM的记录密度提高到预定水平。
技术实现思路
提供适合于按比例缩小的磁阻元件。提供具有优异的热稳定性的磁阻元件。提供有助于高集成度和高性能的装置（例如存储装置）的磁阻元件。提供包括磁阻元件的装置（例如存储装置）。附加的方面将部分地在后面的描述中阐述，从该描述部分地显见，或者可以通过给出的实施方式的实践而习知。根据本专利技术的一方面，磁阻元件包括：被钉扎层，具有固定的磁化方向；自由层，设置为相应于被钉扎层并具有可变的磁化方向；和突出元件，从自由层突出、具有封闭的围栏结构并具有可变的磁化方向。突出元件可以在垂直于自由层的方向上突出。突出元件可以从自由层的边缘突出。突出元件可以朝被钉扎层突出。突出元件可以具有围绕被钉扎层的结构。如果突出元件朝被钉扎层突出，则突出元件可以具有围绕被钉扎层的结构。突出元件可以远离被钉扎层而突出。突出元件可以具有均匀的突出长度。突出元件可以包括具有不同的突出长度的第一部分和第二部分。自由层可以具有矩形形状。突出元件可以包括相应于自由层的短边的第一部分和相应于自由层的长边的第二部分，其中第一部分和第二部分的突出长度相同。突出元件可以包括相应于自由层的短边的第一部分和相应于自由层的长边的第二部分，其中第一部分和第二部分的突出长度不同。第二部分的突出长度可以小于第一部分的突出长度。自由层可以具有椭圆形状。突出元件可以包括相应于自由层的长轴方向的两端的第一部分和相应于自由层的短轴方向的两端的第二部分，其中第一部分和第二部分的突出长度相同。突出元件可以包括相应于自由层的长轴方向的两端的第一部分和相应于自由层的短轴方向的两端的第二部分，其中第一部分和第二部分的突出长度不同。第二部分的突出长度可以小于第一部分的突出长度。突出元件的至少一部分可以具有等于或大于约8nm的突出长度。自由层和被钉扎层可以具有平面内磁各向异性。在此情形下，突出元件可以具有平面内磁各向异性。自由层和被钉扎层可以具有垂直磁各向异性。在此情形下，突出元件可以具有垂直磁各向异性。该磁阻元件还可以包括设置在自由层与被钉扎层之间的分隔层。被钉扎层可以是第一被钉扎层，且磁阻元件可以还包括：与第一被钉扎层分离的第二被钉扎层；和间隔件，设置在第一被钉扎层与第二被钉扎层之间。第一被钉扎层、第二被钉扎层和间隔件可以构成合成反铁磁（SAF）结构。根据本专利技术的另一方面，磁性装置或电子装置包括该磁阻元件。根据本专利技术的另一方面，存储装置包括至少一个存储单元，其中存储单元包括该磁阻元件。存储单元还可以包括连接到磁阻元件的开关元件。存储装置可以是磁随机存取存储器（MRAM）。存储装置可以是自旋转移矩磁随机存取存储器（STT-MRAM）。根据本专利技术的另一方面，磁阻元件包括：被钉扎层，具有固定的磁化方向；自由层，设置为相应于被钉扎层并具有可变的磁化方向；和突出元件，从自由层突出，其中突出元件包括：从自由层的面对第一方向的两端的至少之一突出的第一突出部分；和从自由层的面对第二方向的两端的至少之一突出的第二突出部分。第一突出部分和第二突出部分可以具有相同的突出长度。第一突出部分和第二突出部分可以具有不同的突出长度。第一突出部分的宽度可以小于第二突出部分的宽度，在此情形下，第二突出部分的突出长度可以小于第一突出部分的突出长度。突出元件可以从自由层向下突出。突出元件可以从自由层向上突出。突出元件的至少一部分可以具有等于或大于约8nm的突出长度。自由层和被钉扎层中的至少之一可以具有四边形或椭圆形形状。这里，四边形可以是矩形。自由层和被钉扎层可以具有平面内磁各向异性。在此情形下，突出元件可以具有平面内磁各向异性。自由层和被钉扎层可以具有垂直磁各向异性。在此情形下，突出元件可以具有垂直磁各向异性。该磁阻元件还可以包括设置在自由层与被钉扎层之间的分隔层。被钉扎层可以是第一被钉扎层，磁阻元件可以还包括与第一被钉扎层分隔开的第二被钉扎层以及设置在第一被钉扎层与第二被钉扎层之间的间隔件。第一被钉扎层、第二被钉扎层和间隔件可以构成合成反铁磁（SAF）结构。根据本专利技术的另一方面，磁性装置或电子装置包括该磁阻元件。根据本专利技术的另一方面，存储装置包括至少一个存储单元，其中存储单元包括该磁阻元件。存储单元还可以包括连接到磁阻元件的开关元件。存储装置可以是磁随机存取存储器（MRAM）。存储装置可以是自旋转移矩磁随机存取存储器（STT-MRAM）。附图说明通过结合附图对实施方式的下列描述，这些和/或其它方面将变得明显且更易于理解，在附图中：图1A是根据本专利技术的实施方式的磁阻元件的透视图；图1B是沿图1A的线A-A’所取的截面图；图1C是沿图1A的线B-B’所取的截面图；图2A是根据本专利技术的另一实施方式的磁阻元件的透视图；图2B是沿图2A的线A-A’所取的截面图；图3至图16是根据本专利技术的实施方式的磁阻元件的透视图；图17A和图17B是用于描述根据本专利技术的实施方式的磁阻元件的操作方法的截面图；图18是根据本专利技术的另一实施方式的磁阻元件的截面图；图19是根据对比示例的磁阻元件的透视图；图20是曲线图，示出在图19的结构中的特征尺寸F改变时，根据自由层的转换路径（switchingpath）的Eb/kBT（关于热能的能量势垒）；图21是曲线图，示出当实施方式的磁阻元件的特征尺寸F为15nm时，根据自由层的转换路径的Eb/kBT（关于热能的能量势垒）；图22是曲线图，示出当另一实施方式的磁阻元件的特征尺寸F为15nm时，根据自由层的转换路径的Eb/kBT（关于热能的能量势垒）；图23是根据另一对比示例的磁阻元件的透视图；图24是曲线图，示出当图23的磁阻元件的特征尺寸F为15nm时，根据自由层的转换路径的Eb/kBT（关于热能的能量势垒）；以及图25和图26示出根据本专利技术的实施方式的包括磁阻元件的存储装置。具体实施方式现在将参考附图更充分地描述多个示例实施方式，在附图中示出示例实施方式。将理解，当元件被称为“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以直接连接到或直接耦接到其它元件，或可以存在中间的元件。相反，当元件被称为“直接连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻元件，包括：被钉扎层，具有固定的磁化方向；自由层，设置为相应于所述被钉扎层并具有可变的磁化方向；和突出元件，从所述自由层突出、具有封闭的围栏结构并具有可变的磁化方向。

【技术特征摘要】
2012.05.18 KR 10-2012-00531571.一种磁阻元件，包括：被钉扎层，具有固定的磁化方向；自由层，设置为相应于所述被钉扎层并具有可变的磁化方向；和突出元件，从所述自由层突出、具有封闭的围栏结构并具有可变的磁化方向，其中所述突出元件的相对于所述自由层突出的部分与所述被钉扎层间隔开从而没有电流在所述突出元件的所述部分与所述被钉扎层之间流动。2.根据权利要求1所述的磁阻元件，其中所述突出元件在垂直于所述自由层的方向上突出。3.根据权利要求1所述的磁阻元件，其中所述突出元件从所述自由层的边缘突出。4.根据权利要求1所述的磁阻元件，其中所述突出元件朝所述被钉扎层突出。5.根据权利要求4所述的磁阻元件，其中所述突出元件具有围绕所述被钉扎层的结构。6.根据权利要求1所述的磁阻元件，其中所述突出元件远离所述被钉扎层突出。7.根据权利要求1所述的磁阻元件，其中所述突出元件具有均匀的突出长度。8.根据权利要求1所述的磁阻元件，其中所述突出元件包括具有不同的突出长度的第一部分和第二部分。9.根据权利要求1所述的磁阻元件，其中所述自由层具有矩形形状。10.根据权利要求9所述的磁阻元件，其中所述突出元件包括相应于所述自由层的短边的第一部分和相应于所述自由层的长边的第二部分，其中所述第一部分和第二部分的突出长度相同。11.根据权利要求9所述的磁阻元件，其中所述突出元件包括相应于所述自由层的短边的第一部分和相应于所述自由层的长边的第二部分，其中所述第一部分和第二部分的突出长度不同。12.根据权利要求11所述的磁阻元件，其中所述第二部分的突出长度小于所述第一部分的突出长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成喆，皮雄焕，金洸奭，金起园，张荣万，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：