专利名称：磁隧道结及包括它的存储器件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及磁随机存取存储(MRAM)器件，并且特别地，本发明涉及具有多层自由磁性层的MRAM器件和制作具有多层自由磁性层的MRAM器件的方法。
背景技术：
磁随机存取存储(MRAM)器件是一种非易失性存储器，其中数据通过编程磁隧道结(magnetic tunnel junction，MTJ)存储。MTJ可以有选择地在两种磁取向间变换。这两种取向之间的不同电阻值被用于区分存储单元的逻辑值。
图1是处于低阻逻辑“0”磁性状态和高阻逻辑“1”磁性状态中的一种的MTJ的简化示意图。在图中，附图标记101代表由铁磁材料构成的一自由磁性层，附图标记102代表隧穿阻挡层(tunneling barrier layer)，附图标记103代表由铁磁材料构成的被钉扎磁性层(pinned magnetic layer)，附图标记104代表由反铁磁材料构成的钉扎层(pinning layer)。
如图1中箭头所示，铁磁被钉扎层的磁性取向被固定。此条件可以在制作过程中通过使反铁磁钉扎层104与被钉扎层103接触并进行热处理(在大约200摄氏度到300摄氏度)获得。通过热处理过程中钉扎层104的磁场的应用，被钉扎层103的磁自旋变得固定并且在以后暴露在外磁场中时不翻转。如此，如图1所示，被钉扎层103的磁矩被固定在一个方向上(图1中朝向右边)。相反，随着隧道阻挡层(tunnel barrier layer)102被夹在被钉扎磁性层103和自由磁性层101之间，自由磁性层101的磁性取向保持未固定状态。如此，在后来暴露在外磁场中时，自由磁性层103的磁自旋自由旋转。在MRAM的MTJ中，自由磁性层103可以被稳定地定向在两个方向中的一个上，即一个是其磁矩平行于被钉扎磁性层103的磁矩，另一个是其磁矩与被钉扎磁性层103的磁矩相反。
如图1所示，当被钉扎层103的磁矩和自由磁性层101的磁矩相互平行时，MTJ显示低电阻，其可以被设定为逻辑“0”态。相反，当磁矩在相反方向上延伸时，MTJ具有高电阻，其可以被设定为逻辑“1”态。
图2是常规MTJ的较为详细的示意图。在此截面图中，附图标记1代表钉扎层，附图标记8代表被钉扎磁性层，附图标记9代表隧穿阻挡层，附图标记14代表自由磁性层。
如上所述，钉扎层1由反铁磁材料构成。例子包括PtMn、IrMn和FeMn。
被钉扎磁性层8由三层组成，即一下部铁磁层3、一金属层5和一上部铁磁层7。一个上部和下部铁磁层3和7的例子是CoFe，且金属层5的一个例子是Ru。
隧穿阻挡层9是绝缘体，且它的一个例子是Al2O3。
自由磁性层14是一个双层结构，由一层薄的下部铁磁层11和一层厚的上部铁磁层13组成。薄的下部铁磁层11的一个例子是CoFe，厚的上部铁磁层的一个例子是NiFe。
图3(A)和3(B)说明了一个常规的MRAM存储单元，其中图3(B)是沿着图3(A)中I-I′线截取的截面图。
首先参考图3(B)，存储单元包括一个如图2所示那样的MTJ36，夹在上电极37和下电极27之间。该MTJ36包括一层与下电极27接触的钉扎层29、一层被钉扎磁性层31、一层隧穿阻挡层33和一层与上电极37接触的自由磁性层35。该MTJ36、上电极37和下电极27一起定义了一个可编程磁阻元件MR。
上电极37与一条位线BL接触，BL相对于MTJ36的磁性方向垂直延伸。在本例中，位线BL在图3(B)平面内外延伸。
一数据线(digit line)DL与下电极27的底部隔开，层间电介质25置于其间。该数据线DL平行于MTJ36的磁性方向延伸，且在该例中，数据线DL在图3(B)的图中左右延伸。
数据线DL可以形成于层间电介质23上，该电介质又可以形成于衬底21上。
图3(A)是俯视图，显示位线BL和数据线DL的配置，以及磁阻元件MR的外围轮廓。如所示，磁阻元件MR的顶部轮廓基本上是矩形的，长度L长于宽度W。该位线BL传递位线电流IBL，且沿着磁阻元件MR的宽度W纵向延伸。此外，位线BL足够宽，以基本上覆盖磁阻元件MR的长度L。数据线DL垂直于位线BL、沿着磁阻元件MR的长度L延伸。此外，数据线DL足够宽以基本上覆盖磁阻元件MR的宽度W。
如图3(A)所示，硬磁轴(hard magnetic axis)Hhard在较短的宽度W方向延伸，且易磁轴(easy magnetic axis)Heasy在较长的长度L方向延伸。
图4示出一个常规MRAM阵列，其包括多条交叉的位线BL1、BL2、...、BLn，和数据线DL1、DL2、...、DLn。写电流ID被施加到每条数据线上，且写电流IB被施加到每条位线上。磁阻元件MR12、MR22、...、MRn2沿着位线在与数据线的交叉处定位。
图5(A)是MRAM单元的截面示意图，该单元包括用于读取单元的逻辑状态的晶体管，且图5(B)是其电路图。磁阻元件MR1如图3(B)所示那样构成，且包含上电极77、下电极55和夹在上电极77与下电极55之间的MTJ75。MTJ75包含钉扎层57、被钉扎磁性层64、绝缘阻挡层65和自由磁性层73。
附图标记53a、53b、53c和111表示层间介质层(ILD)。位线BL与磁阻元件MR1的上电极73相连，且位于ILD 111的上表面上。在ILD 53b上面上和磁阻元件MR1之下，数据线DL垂直于位线BL延伸。
晶体管TA由字线(栅极)WL、源极S和漏极D构成。源极S和漏极D形成于衬底51内。源极S通过接触插塞101s与源极焊盘(source pad)103S连接。漏极D通过上和下漏极焊盘107、103d和接触插塞109、105、101d与下电极55连接。
当字线WL上的信号足以使晶体管TA处于导通状态时，执行读操作。电流于是从位线BL流过磁阻元件MR1。当磁阻元件MR1被编程处于低阻态(逻辑“0”)时，相对大的电流将流过晶体管TA。当磁阻元件MR1被编程处于高阻态(逻辑“1”)时，相对小的电流将流过晶体管TA。因而，电流的大小可用于确定磁阻元件的编程状态。
磁阻元件的读出范围(sensing margin)通过磁阻元件MR1的高阻态Rmax与低阻态Rmin之间的差或比值定义。不幸的是，然而，MTJ的自由磁性层内的磁缺陷(magnetic imperfection)对读出范围起不利作用。
图6(A)描述了有外磁场H施加于其上的自由磁性层14。每个被包围的区域代表自由磁性层14的一个磁畴。一旦施加了外磁场H，每个磁畴的磁化方向应当平行于磁场H。然而，如图6(A)中可以看到的那样，某些磁化方向不与磁场H平行，尤其在畴壁处。这降低了读出范围。因此，为克服畴壁处的非平行磁矩，需要通过增加施加于位线和数据线上的电流来增强磁场H。结果是增加了功耗。
如图6(B)的右边所示，自由磁性层理想地由均匀排列的晶粒组成。然而，如图6(B)左边的放大视图所示，厚的铁磁层具有大且不规则的晶粒。结果有许多破坏磁化均匀性的畴壁。
图7是解释MTJ中磁缺陷的影响的磁滞回线。实线部分是理想MTJ的磁滞回线，右边的虚线显示常规MRAM的回线特征。
如图所示，在理想MTJ的情况下，当磁通量Heasy为+H1(奥斯特，Oe)时，自由磁性层的磁矩完全转到一个方向上，且MTJ的电阻Rw(欧姆，Ω)从Rmin变化到Rmax。另一方面，当磁通量Heasy为-H1(奥斯特)时，磁矩转到另一个方向上，且MTJ的电阻Rw从Rmax变化到Rmin。同样，只要磁通量Heasy大于-H1且小于+H1，MTJ的电阻Rw就没有变化。
然而，常规MRAM并非理想地工作，相反，MTJ的电阻Rw在磁通量变为+H1时仅在“k”处开始增加。自由磁性层磁矩的转动是渐进的，因此MTJ的电阻Rw随着磁通量Heasy的增加而逐渐增加。为达到Rmax，需要增加的磁通量+H1′，这意味着必须消耗额外的功率。
附带地，如前面所提及，常规自由磁性层由CoFe下层和NiFe上层组成。采用CoFe层以增加读出范围，也就是图7中Rmax和Rmin之间的差。另一方面，NiFe层着眼于降低图7的磁滞回线的宽度Q，这意味着少的功耗。
图8(A)显示相应于磁通量Heasy和磁通量Hhard的施加的理想MTJ的转换特性。当磁通量Heasy为HME(Oe)或当磁通量Hhard为HMH(Oe)时，实现写入。此外，每个象限内的曲线BDL代表写入MTJ，即转换MTJ的自由磁性层的磁矩方向的Heasy和Hhard的最小组合。因而，写入区域WR位于曲线BDL的外面，且读出区域RR位于曲线BDL的内部。理想MTJ可以在P1点可靠地被写入，此处磁通量Heasy为20奥斯特，且磁通量Hhard为20奥斯特。
为了与理想MTJ对比，图8(B)显示了常规MTJ的转换特征。如所示，理想的写入通量P2(Heasy＝Hhard＝20奥斯特)在大多数场合下将不转换常规MTJ的自由磁性层的磁矩。更合适的是，需要Heasy和Hhard均为40奥斯特的磁通量以可靠地写MTJ。
进一步，如图8(B)所示，常规MTJ的特征在于宽的写入偏差(writevariation)1W。这可以用图9中所示的两个理想MTJ模拟，其中里面的MTJ1对应于写入偏差1W的内边界，外面的MTJ2对应于写入偏差1W的外边界。为了可靠地写外面的MTJ2，需要一个如P3点所示的写入通量。然而，这样的一个写入通量远远超过了内部晶体管MTJ1的HME′和HMH′。对于内晶体管MTJ1，这会引起写错误。
总之，常规磁隧道结的磁缺陷会导致增大的功耗和操作故障。
发明内容
按照本发明的第一方面，提出一种磁隧道结器件，其包括一磁可编程自由磁性层(magnetically programmable free magnetic layer)，其中该自由磁性层包含至少两个铁磁层和夹在该至少两个铁磁层之间的至少一层中间层的叠层。
按照本发明的另一方面，提出一种磁隧道结器件，其包括一反铁磁钉扎层、一隧穿层、一位于该反铁磁钉扎层和该隧穿层之间的铁磁被钉扎层、以及一自由磁性层。该自由磁性层包含至少两层铁磁层和夹在该至少两层铁磁层之间的至少一层中间层的叠层。
按照本发明的再一方面，提出一种存储器件，其包含在第一方向上纵向延伸且位于衬底之上的第一导线，和在横过该第一方向的第二方向上纵向延伸的第二导线，该第二导线与该第一导线交叠以在其间定义一交叠区域。该存储器件还包含位于该第一导线和第二导线间的交叠区中的磁隧道结器件。该磁隧道结器件具有位于第一电极和第二电极之间的磁可编程自由磁性层，且该自由磁性层包含至少两层铁磁层和夹在该至少两层铁磁层之间的至少一层中间层的一叠层。该存储器件还包含一晶体管，该晶体管包含一栅极电极、以及第一和第二源极/漏极区，其中该第一源极/漏极区与该磁隧道结器件的第一电极电连接。
按照本发明的另一方面，提出一种磁隧道结器件，其包含一磁可编程自由磁性层，其中该自由磁性层包含至少三个材料层的叠层。
参照附图，由以下的详细描述，本发明的上述和其他方面和特征将变得易于了解，其中
图1是磁隧道结(MTJ)的简化示意图，其处于低阻逻辑“0”磁性状态和高阻逻辑“1”磁性状态之一；图2是一个常规MTJ的较为详细的视图；图3(A)和3(B)示出一常规MRAM存储单元，其中图3(B)是沿图3(A)的I-I′线截取的截面图；图4示出一个常规MRAM阵列；图5(A)是包含用于读取单元的逻辑状态的晶体管的MRAM单元的截面示意图，且图5(B)是其电路图；图6(A)和6(B)是解释MTJ中磁性自由层的畴壁的影响的示意图；图7是一磁滞回线，说明理想MTJ和常规MTJ的特性；图8(A)显示理想MTJ的转换特性，且图8(B)显示常规MTJ的转换特性；图9显示用两个理想MTJ模拟的一常规MTJ的转换特性；图10(A)是MTJ的常规自由磁性层的示意性截面图；图10(B)是根据本发明一实施例的自由磁性层的示意性截面图；图11是根据本发明一实施例的MTJ的示意性截面图；图12是根据本发明一实施例的MRAM单元的示意性截面图；图13显示常规MTJ的磁滞回线特征和根据本发明一实施例的MTJ的磁滞回线特征之间的对比；图14(A)和14(B)是曲线图，分别显示常规MTJ的磁滞回线特征的斜率和根据本发明一实施例的MTJ的磁滞回线特征的斜率；以及图15示出根据本发明一替换实施例的磁性自由层的示意性截面图。
具体实施例方式
下面将参照若干优选的但非限定性的实施例来详细描述本发明。
本发明的至少部分特征在于包含多层自由磁性层(multi-laminated freemagnetic layer)的磁隧道结(MTJ)。参见图10(A)和10(B)，其显示了常规自由磁性层和本发明一实施例的多层自由磁性层之间的对比。
如图10(A)所示，常规自由磁性层由叠置在CoFe层上的一层NiFe构成。这些层较厚。例如，CoFe层厚约10埃，NiFe层厚约30埃，结果总的自由磁性层的厚度约为40埃。如前面所解释的，MTJ的这些厚层，尤其是NiFe层，含有大且不规则的晶粒(grain)，这些晶粒形成降低磁化均匀性的大量畴壁。
与此相反，如图10(B)所示，所示实施例的多层自由磁性层包含多重且交替的CoFe和NiFe薄层。最底层CoFe的厚度约为5埃，且其余的CoFe层的厚度约为1埃。每层NiFe的厚度约为5埃。这里，总厚度40埃与常规自由磁性层的相同。本实施例的叠层结构防止了低功率溅射沉积薄膜层的过程中晶粒的生长。所得的小晶粒尺寸将每层的磁畴数减至最少，或将每层减至单畴。由于畴壁数目减少，所以自由磁性层的磁特性得到提高，这将在以下说明。
图11是根据本发明一实施例的含有多层自由磁性层的磁隧道结器件的示意性截面图。如所示，本例的器件包含位于层间介质(ILD)53和衬底51之上的一磁阻元件51。该磁阻元件包含夹在上电极77和下电极55之间的一磁隧道结75。
磁隧道结75是多层结构，该多层结构包括位于下电极55上的钉扎层57、位于钉扎层57上的被钉扎层64、位于被钉扎层64上的隧穿阻挡层65、位于绝缘层65之上和上电极77之下的自由磁性层73。
钉扎层57由一反铁磁层构成。例子包含PtMn，IrMn和FeMn。
被钉扎磁性层64由三层构成，即下部铁磁层59、金属层61和上部铁磁层63。上部和下部铁磁层59和63的一个例子是CoFe，金属层61的一个例子是Ru。
隧穿阻挡层65是绝缘层，且其一个例子是Al2O3。
自由磁性层73按照与以上参照图10(B)所述的方式相同的方式构成。即，参照图11，自由磁性层73包含厚度约为5埃的CoFe最底层67a。叠在层67a之上的分别是NiFe和CoFe多重层67和71。每个NiFe层67的厚度约为5埃，且每个CoFe层的厚度约为1埃。在本实施例中，自由磁性层的总厚度约为40埃。
图12是根据本发明一实施例的MRAM单元的示意性截面图。本实施例的MRAM单元在结构上与前面结合图5(A)所述的相同，不同之处在于，图5(A)的MTJ75由本发明的实施例中的多层自由磁性层73A代替。例如，多层自由磁性层可以与图10(B)所示的相同。图12的所有其他元件与图5(A)中相同编号的元件相同，为了避免重复这里略去其详细描述。
图13示出常规MTJ结构样品(样品尺寸为100ea)和本发明一实施例的MTJ结构样品(样品尺寸为100ea)的平均磁滞回线的测量结果。在两个样品装置中，采用了同样的钉扎层结构(CoFe 30埃、Ru 8埃、CoFe 34埃)和隧穿阻挡层结构(Al2O312埃)。此外，每个样品的水平横截面相同(0.8微米*0.4微米)。
被测试的常规MTJ结构的自由磁性层由一层CoFe(10埃)和一层NiFe(30埃)构成，总厚度为40埃。见图10(A)。
被测试的本实施例结构的MTJ的自由磁性层是一多层结构，其由CoFe第一层(5埃)、以及随后的NiFe(5埃)和CoFe(1埃)交替层构成，总厚度为40埃。见图10(B)。
进行测量时没有硬磁场(hard magnetic field)。实线103显示本实施例的MTJ的平均测量结果，虚线101显示常规MTJ的测量结果。图13中MTJ的阻值归一化为1.0。
图13中明显可见，与本实施例相关的测试结果较常规MTJ的测试结果具有更好的对称性。此外，获得最大和最小阻值需要更小的磁通量，且因此需要更小的功率。
图14(A)显示了常规MTJ中阻值变化相对于磁通量Heasy变化之比(dR/dH)。黑线105a显示没有硬磁通量Hhard(即Hhard＝0奥斯特)的情况。灰线107a显示存在30奥斯特硬磁通量Hhard的情况。从图14(A)中显然看出，存在大的交叠区域OR1，在此区域中当没有磁通量Hhard时自由磁性层的磁自旋被磁通量Heasy转动。结果是增加了写入错误的可能性。
图14(B)显示了本发明实施例的MTJ中阻值变化相对于磁通量Heasy变化的比率(dR/dH)。黑线105b显示没有硬磁通量Hhard(即Hhard＝0奥斯特)的情况。灰线107b显示存在30奥斯特硬磁通量Hhard的情况。从图14(B)中显然看出，只存在最小化的交叠区域OR2，在此区域中当没有磁通量Hhard时自由磁性层的磁自旋被磁通量Heasy转动。如此，与常规MTJ相比，写入错误的可能性大大减小。
在附图和说明中，已经公开了本发明的一般优先实施例，且尽管只提出了特定示例，但是它们仅被用于一般的和描述性目的，而不是为了限制的目的。例如，在前面的实施例中，第一CoFe层厚度约为5埃，其余CoFe层的厚度约为1埃，NiFe层的厚度约为5埃，且自由磁性层的总厚度约为40埃。本发明不限于这些厚度，同样本发明也不限于这些材料。进一步，本发明不限于前面实施例中描述的层数。然而，为最小化畴壁，优选的是(但不是必须)自由磁性层叠层的每一层厚度小于10埃。此外，参见图15，其示出了本发明的自由磁性层的若干替换实施例1501至1504。
如图所示，自由磁性层1501由交替的铁磁层1和2组成。仅作为示例地，铁磁层1是CoFe或NiFe之一，且铁磁层2是另一NiFe，铁磁层1作为最底层。
如图所示，自由磁性层1502由交替的铁磁层1和非晶铁磁层3组成。仅作为示例地，铁磁层1是CoFe或NiFe之一，非晶铁磁层3是CoFeB，铁磁层1作为最底层。
自由层1503与自由磁性层1502类似，不同之处在于非晶铁磁层3作为最底层。
如图所示，自由层1504由交替的铁磁层1和非铁磁层4组成。仅作为示例地，铁磁层1是CoFe或NiFe之一，非铁磁层4是Ta，铁磁层1作为最底层。
此处的实施例(包含图15中的那些)仅为示例，且因此应该了解的是，本发明的范围由所附权利要求解释，而不由示例性实施例解释。
权利要求
1.一种磁隧道结器件，具有一磁可编程自由磁性层，所述自由磁性层包括至少三个材料层的叠层，其中，所述至少三个材料层包括至少两种不同材料的交替叠置层。
2.如权利要求1所述的器件，其中该两种不同材料中的一种是铁磁的，该两种不同材料中的另一种是非铁磁的。
3.如权利要求2所述的器件，其中该铁磁材料是CoFe或NiFe，该非铁磁材料是Ta。
4.如权利要求3所述的器件，其中Ta层的厚度小于NiFe或CoFe层的层厚度。
5.如权利要求1所述的器件，其中该两种不同材料二者均为铁磁的。
6.如权利要求5所述的器件，其中下部铁磁层是NiFe层，且上部铁磁层是CoFe层。
7.如权利要求6所述的器件，其中该NiFe层的厚度大于该CoFe层的厚度。
8.如权利要求7所述的器件，其中该NiFe层的厚度小于约10埃，且该CoFe层的厚度小于约5埃。
9.如权利要求6所述的器件，还包括与最下部NiFe层接触的一初始CoFe层。
10.如权利要求9所述的器件，其中该初始CoFe层的厚度与该最下部NiFe层的厚度相同。
11.如权利要求10所述的器件，其中该铁磁材料之一是非晶铁磁层。
12.如权利要求11所述的器件，其中该非晶铁磁层是CoFeB。
13.一种磁隧道结器件，具有磁可编程自由磁性层，所述自由磁性层包括位于半导体衬底之上的一初始CoFe层；位于该初始CoFe层上的交替的NiFe层和CoFe层的叠层，其中该叠层的最下部NiFe层位于该初始CoFe层上，且其中该叠层包括五层NiFe层和五层CoFe层；以及最后的NiFe层位于该叠层的最上部CoFe层上。
14.如权利要求13所述的器件，其中该初始CoFe层的厚度和最后的NiFe层的厚度为约5埃，该叠层中每一NiFe层的厚度为约5埃，且该叠层中每一CoFe层的厚度为约1埃。
15.一种磁隧道结器件，包括半导体衬底上的一钉扎层；该钉扎层上的一被钉扎层；该被钉扎层上的一隧道阻挡层；以及包括至少三个材料层的叠层的自由层，其中该至少三个材料层包括该隧道阻挡层上的至少两种不同材料的交替叠置层。
16.如权利要求15所述的器件，其中该至少两种不同材料层包括一铁磁层和一非铁磁层，且该隧道阻挡层与该铁磁层接触。
17.如权利要求16所述的器件，其中该铁磁层是NiFe层或CoFe层，该非铁磁层是Ta层。
18.如权利要求17所述的器件，其中该NiFe层或该CoFe层的厚度大于该Ta层的厚度。
19.如权利要求15所述的器件，其中该至少两种不同材料层包括一上部铁磁层和一下部铁磁层。
20.如权利要求19所述的器件，其中该下部铁磁层是NiFe层，且该上部铁磁层是CoFe层。
21.如权利要求20所述的器件，其中该NiFe层的厚度小于约10埃，且该CoFe层的厚度小于约5埃。
22.如权利要求20所述的器件，还包括位于最下部NiFe层和该隧道阻挡层之间的一初始CoFe层。
23.如权利要求19所述的器件，其中一种该铁磁层是非晶铁磁层。
24.如权利要求23所述的器件，其中该非晶铁磁层是CoFeB层。
25.如权利要求15所述的器件，其中该钉扎层包括一反铁磁层。
26.如权利要求15所述的器件，其中该被钉扎层包括一铁磁层。
27.如权利要求15所述的器件，其中该隧道阻挡层包括一金属氧化物。
28.一种磁隧道结器件，包括半导体衬底上的一钉扎层；该钉扎层上的一被钉扎层；该被钉扎层上的一隧道阻挡层；以及一自由层，包括位于半导体衬底之上的一初始CoFe层、位于该初始CoFe层上的交替的NiFe层和CoFe层的叠层、以及位于该叠层的最上部CoFe层上的最后NiFe层，其中该叠层的最下部NiFe层位于该初始CoFe层上，且其中该叠层包括五层NiFe层和五层CoFe层。
29.如权利要求28所述的器件，其中该初始CoFe层的厚度和该最后NiFe层的厚度为约5埃，该叠层的每一NiFe层的厚度为约5埃，且该叠层的每一CoFe层的厚度为约1埃。
30.一种磁随机存取存储器单元，包括一存取晶体管，其包括一源极区、一漏极区和在该源极区和该漏极区之间的沟道上方横过延伸的字线；与该漏极区电连接的一下电极；位于该下电极上方的一上电极；与该上电极电连接且位于该字线上方的一位线；平行于该字线的一数据线；以及一磁隧道结器件，其位于该下电极和该上电极之间并与该数据线绝缘，其中该磁隧道结器件包括一磁可编程自由磁性层，所述自由磁性层包括至少三个材料层的叠层，其中所述至少三个材料层包括至少两种不同材料的交替叠置层。
31.如权利要求30所述的磁随机存取存储器单元，其中该两种不同材料中的一种是铁磁的，且该两种不同材料中的另一种为非铁磁的。
32.如权利要求31所述的磁随机存取存储器单元，其中该铁磁材料是CoFe或NiFe，且该非铁磁材料是Ta。
33.如权利要求32所述的磁随机存取存储器单元，其中该Ta层的厚度小于该NiFe或CoFe层的层厚度。
34.如权利要求30所述的磁随机存取存储器单元，其中该两种不同材料二者均为铁磁的。
35.如权利要求34所述的磁随机存取存储器单元，其中下部铁磁层是NiFe层，上部铁磁层是CoFe层。
36.如权利要求35所述的磁随机存取存储器单元，其中该NiFe层的厚度大于该CoFe层的厚度。
37.如权利要求35所述的磁随机存取存储器单元，其中该NiFe层的厚度小于约10埃，且该CoFe层的厚度小于约5埃。
38.如权利要求35所述的磁随机存取存储器单元，还包括与最下部NiFe层接触的一初始CoFe层。
39.如权利要求38所述的磁随机存取存储器单元，其中该初始CoFe层的厚度与该最下部NiFe层的厚度相同。
40.如权利要求39所述的磁随机存取存储器单元，其中该铁磁材料中的一种是非晶铁磁层。
41.如权利要求40所述的磁随机存取存储器单元，其中该非晶铁磁层是CoFeB。
42.一种磁随机存取存储器单元，包括一存取晶体管，包括一源极区、一漏极区和在该源极区和该漏极区之间的沟道上方横过延伸的字线；与该漏极区电连接的一下电极；位于该下电极上方的一上电极；与该上电极电连接且位于该字线上方的一位线；平行于该字线的一数据线；以及一磁隧道结器件，其位于该下电极和该上电极之间并与该数据线绝缘，其中该磁隧道结器件包括一钉扎层、一被钉扎层、一隧道阻挡层和一自由层；其中该自由层包括位于该下电极上的一初始CoFe层、位于该初始CoFe层上的交替的NiFe层和CoFe层的叠层、以及位于该叠层的最上部CoFe层上的最后NiFe层，其中该叠层的最下部NiFe层位于该初始CoFe层上，且其中该叠层包括五层NiFe层和五层CoFe层。
43.如权利要求42所述的磁随机存取存储器单元，其中该初始CoFe层的厚度和该最后NiFe层的厚度为约5埃，该叠层的每一NiFe层的厚度为约5埃，且该叠层的每一CoFe层的厚度为约1埃。
44.如权利要求42所述的磁随机存取存储器单元，其中该钉扎层包括一反铁磁层。
45.如权利要求42所述的磁随机存取存储器单元，其中该被钉扎层包括一铁磁层。
46.如权利要求42所述的磁随机存取存储器单元，其中该隧道阻挡层包括一金属氧化物。
全文摘要
本发明公开了一种磁隧道结及包括它的存储器件。该磁隧道结器件包括磁可编程自由磁性层。该自由磁性层包含至少两层铁磁层和夹在该至少两层铁磁层之间的至少一中间层的叠层。
文档编号G11C11/15GK1591673SQ20041005668
公开日2005年3月9日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年8月12日
发明者河永寄, 李将银, 吴世忠, 裵晙洙, 金炫助, 白寅圭 申请人:三星电子株式会社