[发明专利]包括磁隧道结的磁存储器件

说明书

一种磁存储器件可以包括垂直磁性结构、面内磁性结构、在垂直磁性结构与面内磁性结构之间的自由磁性图案以及在垂直磁性结构与自由磁性图案之间的隧道势垒图案。垂直磁性结构可以包括具有被钉扎到特定方向的垂直磁化方向的至少一个被钉扎图案，并且自由磁性图案可以具有可切换的垂直磁化方向。面内磁性结构可以包括第一磁性图案和第二磁性图案，并且第一磁性图案和第二磁性图案中的每个可以具有不同的各自的面内磁化方向。

技术领域

本公开涉及半导体器件，特别地，涉及包括磁隧道结的磁存储器件。

背景技术

随着具有高速和/或低功耗特性的电子设备越来越被需要用于各种应用，存在对具有更快的操作速度和/或更低的操作电压的半导体存储器件的相应增加的需求。已经提出了磁存储器件以满足这种需求。例如，磁存储器件可以提供诸如高速和/或非易失性的技术优势，因此，磁存储器件正在成为潜在的下一代存储器件。

通常，磁存储器件包括磁隧道结(MTJ)。MTJ包括两个磁性层和插置在它们之间的绝缘层。MTJ的电阻根据磁性层的磁化方向而变化。例如，MTJ的电阻在磁性层的磁化方向彼此反平行时比它们彼此平行时高。在电阻方面的这样的差异可以用于磁存储器件的数据存储操作。

然而，仍然需要更多的研究来实现具有改善的热稳定性和减小的切换电流的磁存储器件，包括其中磁存储器件在尺寸方面的减小或按比例缩小。

发明内容

本公开的方面提供具有改善的热稳定特性和减小的切换电流特性的磁存储器件。

根据发明构思的一些实施方式，一种磁存储器件可以包括垂直磁性结构、面内磁性结构、在垂直磁性结构和面内磁性结构之间的自由磁性图案以及在垂直磁性结构和自由磁性图案之间的隧道势垒图案。垂直磁性结构可以包括具有被钉扎到特定方向的垂直磁化方向的至少一个被钉扎图案，自由磁性图案可以具有可切换的垂直磁化方向。面内磁性结构可以包括第一磁性图案和第二磁性图案，并且第一磁性图案和第二磁性图案中的每个可以具有不同的各自的面内磁化方向。

根据发明构思的一些实施方式，一种磁存储器件可以包括垂直磁性结构、面内磁性结构、在垂直磁性结构与面内磁性结构之间的自由磁性图案、以及在垂直磁性结构与自由磁性图案之间的隧道势垒图案。垂直磁性结构可以包括具有被钉扎到特定方向的垂直磁化方向的至少一个被钉扎图案，自由磁性图案可以具有在与所述至少一个被钉扎图案的垂直磁化方向平行和反平行之间可切换的磁化方向。面内磁性结构可以包括第一磁性图案、第二磁性图案和在其间的第一非磁性图案。第一磁性图案和第二磁性图案中的每个的磁化方向可以垂直于自由磁性图案的磁化方向，并且第一磁性图案和第二磁性图案可以通过第一非磁性图案彼此反铁磁耦合。

根据发明构思的一些实施方式，一种磁存储器件可以包括在基板上的互连结构，该互连结构包括互连线和在互连线之间的接触件，该互连线在垂直于基板的顶表面的第一方向上彼此间隔开；在互连结构上并且连接到互连线中的最上面的互连线的下接触插塞；在下接触插塞上的磁隧道结图案；在下接触插塞与磁隧道结图案之间的底部电极；在磁隧道结图案上的顶部电极；在磁隧道结图案与顶部电极之间的面内磁性结构；以及在磁隧道结图案与面内磁性结构之间的间隔物。面内磁性结构可以包括第一磁性图案、在第一磁性图案上的第二磁性图案、以及在第一磁性图案和第二磁性图案之间的非磁性图案。第一磁性图案和第二磁性图案可以包括镍、铁和钴中的至少一种。第一磁性图案和第二磁性图案中的每个的厚度可以大于或等于0.5nm并且可以小于10nm，并且第一磁性图案的厚度可以小于第二磁性图案的厚度。第一磁性图案和第二磁性图案中的每个的磁晶各向异性能可以大于0erg/cm³，并且可以小于1×10⁷erg/cm³。

附图说明

从在这里呈现的结合附图进行的发明构思的示例实施方式的以下描述，本公开将被更清楚地理解。附图描绘了如在这里描述的非限制性的示例实施方式。

图1A是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的剖视图。