磁隧道结器件和其制造方法、存储器件和电子系统技术方案

提供了磁隧道结器件和其制造方法、包括该磁隧道结器件的存储器件和电子系统。该磁隧道结器件包括：第一磁性层；设置为面对第一磁性层的第二磁性层；以及设置在第一磁性层和第二磁性层之间并包括金属氧化物的第一氧化物层，其中第一氧化物层的金属氧化物具有按化学计量地缺氧组成，以及其中第二磁性层包括掺有金属元素的磁性材料。属元素的磁性材料。属元素的磁性材料。

【技术实现步骤摘要】
磁隧道结器件和其制造方法、存储器件和电子系统


[0001]一些示例实施方式涉及磁隧道结器件、包括该磁隧道结器件的存储器件和/或制造该磁隧道结器件的方法。

技术介绍

[0002]磁隧道结器件的电阻随着自由层的磁化方向而变化。例如，当自由层的磁化方向与被钉扎层的磁化方向相同时，磁隧道结器件可以具有低电阻，当自由层的磁化方向与被钉扎层的磁化方向彼此相反时，磁隧道结器件可以具有高电阻。当在存储器件中利用此特性时，例如，具有低电阻的磁隧道结器件可以对应于逻辑数据
‘0’
，具有高电阻的磁隧道结器件可以对应于逻辑数据
‘1’
。
[0003]诸如磁随机存取存储器(MRAM)的磁存储器件是通过利用磁隧道结器件的电阻变化来存储数据的存储器件。这样的磁存储器件具有诸如非易失性、高速操作和/或高耐用性的优点。例如，当前被大规模制造的自旋转移扭矩
‑
磁RAM(STT
‑
MRAM)可以具有约50至100纳秒(ns)的操作速度，还具有大于或等于10年的优良的数据保持性。此外，正在进行研究以实现小于10ns的更快的操作速度。

技术实现思路

[0004]提供了磁隧道结器件、包括该磁隧道结器件的存储器件和/或制造该磁隧道结器件的方法。
[0005]另外的方面将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地将从该描述变得明显，或者可以通过各种示例实施方式的实践而掌握。
[0006]根据一些示例实施方式，一种磁隧道结器件包括第一磁性层、面对第一磁性层的第二磁性层、以及设置在第一磁性层和第二磁性层之间并包括金属氧化物的第一氧化物层。第一氧化物层的金属氧化物具有按化学计量地缺氧组成，第二磁性层包括掺有金属元素的磁性材料。
[0007]第一氧化物层可以包括与第一磁性层相邻的第一区域和与第二磁性层相邻的第二区域，并且第二区域中的诸如氧或氮的元素的比例可以大于第一区域中的该元素的比例。
[0008]第一氧化物层可以进一步包括在第一区域和第二区域之间的金属层。
[0009]第二区域的厚度可以小于第一区域的厚度。
[0010]金属层的厚度可以为约至约(约0.2nm至约0.3nm)。
[0011]金属层的金属材料可以与第一氧化物层的金属氧化物的金属材料相同。
[0012]磁隧道结器件可以进一步包括面对第一氧化物层的第二氧化物层，第二磁性层在第一氧化物层和第二氧化物层之间，第二氧化物层包括金属氧化物。
[0013]第二氧化物层的金属氧化物可以具有按化学计量地缺氧组成。
[0014]第二氧化物层可以包括远离第二磁性层的第一区域和与第二磁性层相邻的第二
区域，并且第二区域中的诸如氧或氮的元素的比例可以高于第一区域中的该元素的比例。
[0015]第二氧化物层可以进一步包括在第一区域和第二区域之间的金属层。
[0016]第一氧化物层可以包括MgO，第一氧化物层中的Mg的比例可以大于50at％，第一氧化物层中的O的比例可以小于50at％。
[0017]第二磁性层的金属元素的氧亲和力可以大于第二磁性层的磁性材料的氧亲和力。
[0018]例如，第二磁性层的磁性材料可以包括Fe、Co、Ni、Mn、含Fe合金、含Co合金、含Ni合金、含Mn合金和赫斯勒合金中的至少一种，第二磁性层的金属元素可以包括Ca、Sc、Y、Mg、Sr、Ba、Zr、Be、Ti、Hf、V、Zn、Nb、Mn、Al、Cr、Li、Cd、Pb、In、Ga和Ta中的至少一种。
[0019]根据一些示例实施方式，一种存储器件包括多个存储单元，所述多个存储单元中的每个包括磁隧道结器件和连接到磁隧道结器件的开关器件。磁隧道结器件包括第一磁性层、面对第一磁性层的第二磁性层、以及在第一磁性层和第二磁性层之间并包括金属氧化物的氧化物层。氧化物层的金属氧化物具有按化学计量地缺氧组成，以及其中第二磁性层包括掺有金属元素的磁性材料。
[0020]根据一些示例实施方式，一种磁隧道结器件的制造方法包括：制备包括金属氧化物的氧化物层；在等于或小于250开尔文(K)的温度范围冷却氧化物层；在氧化物层上沉积包括磁性材料的润湿层；氧化或氮化润湿层；在润湿层上沉积包括掺有金属元素的磁性材料的磁性层；以及在等于或大于300K的温度对磁性层进行退火。金属氧化物具有按化学计量地缺氧组成。
[0021]该制造方法可以进一步包括，在退火磁性层的同时，通过使润湿层中的氧或氮中的至少一种扩散到氧化物层中，增大氧化物层中的与磁性层相邻的区域中的氧或氮中的至少一种的比例。
[0022]该温度范围可以大于或等于50K且小于或等于150K。
[0023]润湿层可以包括单分子层厚度。
[0024]例如，润湿层可以包括Fe、Co、Ni、Mn、含Fe合金、含Co合金、含Ni合金、含Mn合金和赫斯勒合金中的至少一种。
[0025]该制造方法可以进一步包括：在磁性层上沉积包括金属氧化物的附加氧化物层；以及在附加氧化物层上沉积包括掺有金属元素的磁性材料的附加磁性层。
附图说明
[0026]从以下结合附图的描述，某些示例实施方式的以上和其它的方面、特征和/或优点将变得更加明显，附图中：
[0027]图1是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件的示意性结构的剖视图；
[0028]图2A至图2E是示意性示出根据一些示例实施方式的制造图1所示的磁隧道结器件的工艺的剖视图；
[0029]图3是概念性地示出根据比较例的磁隧道结器件的剖视图，其中氧或氮被捕获在磁性层中；
[0030]图4是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件的示意性结构的剖视图；
[0031]图5是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件的示意性结构的剖视图；
[0032]图6是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件的示意性结构的剖视图；
[0033]图7是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件的示意性结构的剖视图；
[0034]图8是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件的示意性结构的剖视图；
[0035]图9示意性地显示根据一些示例实施方式的包括磁隧道结器件的一个存储单元；
[0036]图10是示意性示出包括多个图9所示的存储单元的存储器件的配置的电路图；
[0037]图11是示意性示出包括根据一些示例实施方式的非易失性存储器件的电子装置的框图；
[0038]图12是示意性示出包括根据一些示例实施方式的非易失性存储器件的存储器系统的框图；以及
[0039]图13是示出包括根据一些示例实施方式的存储器的装置的示意图。
具体实施方式
[0040]现在将详细参照各种实施方式，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。在这点上，当前的实施方式可以具有不同的形式，而不应被解释为限于这里阐述的描述。因此，下面通过参照附图仅描述了示例实施方式以说明各方面。如这里所用的，术语“和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁隧道结器件，包括：第一磁性层；面对所述第一磁性层的第二磁性层；以及第一氧化物层，在所述第一磁性层和所述第二磁性层之间并包括金属氧化物，其中所述第一氧化物层的所述金属氧化物具有按化学计量地缺氧组成，以及所述第二磁性层包括掺有金属元素的磁性材料。2.根据权利要求1所述的磁隧道结器件，其中所述第一氧化物层包括与所述第一磁性层相邻的第一区域和与所述第二磁性层相邻的第二区域，并且所述第二区域中第一元素的比例大于所述第一区域中所述第一元素的比例，所述第一元素是氧或氮。3.根据权利要求2所述的磁隧道结器件，其中所述第一氧化物层进一步包括在所述第一区域和所述第二区域之间的金属层。4.根据权利要求3所述的磁隧道结器件，其中所述第二区域的厚度小于所述第一区域的厚度。5.根据权利要求3所述的磁隧道结器件，其中所述金属层的厚度为0.2nm至0.3nm。6.根据权利要求3所述的磁隧道结器件，其中所述金属层的金属材料与所述第一氧化物层的所述金属氧化物的金属材料相同。7.根据权利要求1所述的磁隧道结器件，进一步包括：面对所述第一氧化物层的第二氧化物层，所述第二磁性层在所述第二氧化物层和所述第一氧化物层之间，所述第二氧化物层包括金属氧化物。8.根据权利要求7所述的磁隧道结器件，其中所述第二氧化物层的所述金属氧化物具有按化学计量地缺氧组成。9.根据权利要求8所述的磁隧道结器件，其中所述第二氧化物层包括离所述第二磁性层更远设置的第一区域和邻近所述第二磁性层的第二区域，以及所述第二区域中第一元素的比例大于所述第一区域中所述第一元素的比例，所述第一元素是氮或氧。10.根据权利要求9所述的磁隧道结器件，其中所述第二氧化物层进一步包括在所述第一区域和所述第二区域之间的金属层。11.根据权利要求1所述的磁隧道结器件，其中所述第一氧化物层包括MgO，所述第一氧化物层中的Mg的比例大于50at％，所述第一氧化物层中的O的比例小于50at％。12.根据权利要求1所述的磁隧道结器件，其中所述第二磁性层的所述金属元素的氧亲和力大于所述第二磁性层的所述磁性材料的氧亲和力。13.根据权利要求12所述的磁隧道结器件，其中所述第二磁性层的所述磁性材料包括Fe、Co、Ni、Mn、含Fe合金、含Co合金、含Ni合金、含Mn合金和赫斯勒合金中的至少一种，以及
所述第二磁性层的所述金属元素包括Ca、Sc、Y、Mg、Sr、Ba、Zr、Be、Ti、Hf、V、Zn、Nb、Mn、Al、Cr、Li、Cd、Pb、In、Ga和Ta中的至少一种。14.一种存储器件，包括：多个存储单元，所述多个存储单元中的每个包括磁隧道结器件和连接到所述磁隧道结器件的开关器件，其中所述磁隧道结器件包括，第一磁性层，面对所述第一磁性层的第二磁性层，以及设置在所述第一磁性层和所述第二磁性层之间并包括金属氧化物的氧化物层，其中所述氧化物层的所述金属氧化物具有按化学计量地缺氧组成，以及所述第二磁性层包括掺有金属元素的磁性材料。15.一种磁隧道结器件的制造方法，所述制造方法包括：制备包括金属氧化物的氧化物层；将所述氧化物层冷却在小于或等于250开尔文(K)的温度范围内；在所述氧化物层上沉积包括磁性材料的润湿层；氧化或氮化所述润湿层；在所述润湿层上沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：金洸奭，朴盛健，长谷直基，李昇宰，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：