[發明專利]磁性存儲裝置及其形成方法

有效

• 申請號: 201410291400.2
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104282832B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 李俊明;李侖宰;金佑填
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司11286
• 代理人: 尹淑梅,戴嵩瑋

本專利申請要求于2013年7月3日在韓國知識產權局提交的第10-2013-0077782號韓國專利申請以及于2014年1月15日在美國專利商標局提交的第14/155,725號美國非臨時申請的優先權，該韓國專利申請的全部公開通過引用全部包含于此。

技術領域

本發明構思的示例實施例涉及存儲裝置，具體地講，涉及磁性存儲裝置。

背景技術

由于對具有提高的速度和/或減少的功耗的電子裝置的需要，因此半導體裝置可能會需要更快的操作速度和/或更低的操作電壓。已經提出磁性存儲裝置來滿足這樣的需要。例如，磁性存儲裝置可以提供諸如減少的等待時間和/或非易失性的技術優點。因此，磁性存儲裝置成為下一代存儲裝置。

磁性存儲裝置可以包括磁性隧道結(MTJ)。磁性隧道結可以包括兩個磁性層和設置在磁性層之間的隧道勢壘層。磁性隧道結的電阻可以根據磁性層的磁化方向而改變。例如，當磁性層具有反平行的磁化方向時磁性隧道結的電阻可以大于當其具有平行的磁化方向時磁性隧道結的電阻。這樣的電阻差可以用作磁性存儲裝置的數據儲存操作。然而，仍然需要更多的研究來大量生產磁性存儲裝置。

發明內容

本發明構思的示例實施例可以提供磁性存儲裝置及其制造方法，所述磁性存儲裝置被構造成在磁性層之間具有增加的磁致電阻率和/或增強的反鐵磁耦合。

根據本發明構思的一些實施例，一種磁性存儲裝置可以包括自由磁性結構、隧道勢壘層和釘扎磁性結構，其中，隧道勢壘層位于自由磁性結構和釘扎磁性結構之間。釘扎磁性結構可以包括第一釘扎層和第二釘扎層以及位于第一釘扎層和第二釘扎層之間的交換耦合層。第二釘扎層可以位于第一釘扎層和隧道勢壘層之間，第二釘扎層可以包括結磁性層以及位于結磁性層和交換耦合層之間的緩沖層。緩沖層可以包括包含非磁性金屬元素的材料的層。

非磁性金屬元素的原子質量可以比結磁性層中的任意元素的原子質量大。

非磁性金屬元素的熔點可以比結磁性層中的任意元素的熔點高。

緩沖層的材料中的非磁性金屬元素的重量百分數可以大于結磁性層中的非磁性金屬元素的重量百分數。

非磁性金屬元素可以包括鉭(Ta)、鎢(W)、鈮(Nb)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉬(Mo)和/或釩(V)中的至少一種。

緩沖層的材料還可以包括鐵磁元素和非金屬元素。

鐵磁元素可以包括鈷(Co)、鐵(Fe)和/或鎳中的至少一種，非磁性元素可以包括硼。

結磁性層和緩沖層可以具有不同的結晶特性。結磁性層的結晶度可以比緩沖層的結晶度高。例如，結磁性層可以具有體心立方晶體結構，緩沖層可以具有無定形結構。

結磁性層可以包括鈷、鐵和/或它們的合金中的至少一種。例如，結磁性層包括CoFeB、CoHf、Co和/或CoZr中的至少一種。

隧道勢壘層可以包括氧化鎂(MgO)。

交換耦合層可以包括釕、銥和/或銠中的至少一種。

此外，自由磁性結構可以設置在基底和釘扎磁性結構之間，或者，釘扎磁性結構可以設置在基底和自由磁性結構之間。

根據本發明構思的一些其他實施例，一種磁性存儲裝置可以包括自由磁性結構、隧道勢壘層和釘扎磁性結構，其中，隧道勢壘層位于自由磁性結構和釘扎磁性結構之間。釘扎磁性結構可以包括第一釘扎層和第二釘扎層以及位于第一釘扎層和第二釘扎層之間的交換耦合層。第二釘扎層可以位于第一釘扎層和隧道勢壘層之間。第二釘扎層可以包括結磁性層以及位于結磁性層和交換耦合層之間的緩沖層，結磁性層和緩沖層可以具有不同的結晶特性。

結磁性層的結晶度可以大于緩沖層的結晶度。例如，結磁性層可以具有體心立方晶體結構，緩沖層可以具有無定形結構。

結磁性層可以包括鈷、鐵和/或它們的合金中的至少一種。例如，結磁性層可以包括CoFeB、CoHf、Co和/或CoZr中的至少一種。

緩沖層可以包括包含非磁性金屬元素、鐵磁元素和非金屬元素的材料的層。緩沖層的材料中的非磁性金屬元素的重量百分數可以大于結磁性層中的非磁性金屬元素的重量百分數。非磁性金屬元素的原子質量可以比鈷的原子質量大。非磁性金屬元素可以包括鉭(Ta)、鎢(W)、鈮(Nb)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鉬(Mo)和/或釩(V)中的至少一種。鐵磁元素可以包括鈷(Co)、鐵(Fe)和/或鎳中的至少一種，非磁性元素可以包括硼。

隧道勢壘層可以包括氧化鎂(MgO)。