[发明专利]磁隧道结器件、电子系统以及存储系统及其制造方法

说明书

技术领域

本发明构思的实施方式总地涉及半导体存储装置。例如，本发明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。

背景技术

随着便携式计算机和无线通信装置的使用增加，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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

根据本发明构思的示例实施方式，一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(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的至少一种。

在示例实施方式中，磁性层具有在大约1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一种贵金属或铜形成。

在示例实施方式中，至少一种贵金属包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、和金(Au)。

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。

根据本发明构思的示例实施方式，电子设备可以包括：总线；无线接口，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。

根据本发明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。

根据本发明构思的示例实施方式，一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。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一种。

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一种材料形成。