磁隧道结器件和其制造方法、存储器件和电子系统与流程

1.一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。


背景技术：

2.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’
。
3.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。


技术实现要素：

4.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。
5.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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.第二区域的厚度可以小于第一区域的厚度。
10.金属层的厚度可以为约至约(约0.2nm至约0.3nm)。
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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％。
17.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。
18.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。
19.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。
20.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。
21.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。
22.该温度范围可以大于或等于50k且小于或等于150k。
23.润湿层可以包括单分子层厚度。
24.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。
25.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
26.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：
27.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；
28.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；
29.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；
30.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；
31.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；
32.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；
33.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；
34.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；
35.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；
36.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；
37.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；
38.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
39.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
40.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/或”包括一个或更多个相关列出项目的任何和所有组合。当在一列元素之后时，诸如
“……
中的至少一个”的表述修饰整列元素，而不修饰该列中的个别元素。
41.在下文，参照附图，将详细描述磁隧道结器件、包括该磁隧道结器件的存储器件以及该磁隧道结器件的制造方法。相同的附图标记始终指代相同的元件，在附图中，为了清楚和说明的方便，元件的尺寸可以被放大。下面描述的示例实施方式仅是示例，并且从各种示例实施方式可以进行各种修改。
42.在下面描述的层结构中，表述“在
……
之上”或“在
……
上”不仅可以包括“以接触方式直接在
……
上”，而且可以包括“以非接触方式在
……
上”。以单数使用的表述涵盖复数的表述，除非它在上下文中具有明显不同的含义。将进一步理解的是，这里使用的术语“包含”和/或“包含
……
的”表明所述特征或元件的存在，但是不排除一个或更多个其它特征或元件的存在或添加。
[0043]“该”和与其类似的其它指示词的使用可以既对应于单数形式又对应于复数形式。除非根据本公开的方法的操作顺序以其它方式被明确提及或描述，否则该操作可以以适当的顺序执行。示例实施方式不限于操作被提及的顺序。
[0044]
在示例实施方式中使用的术语诸如“单元”或“模块”表示用于处理至少一个功能或操作的单元，并可以用硬件或软件、或者硬件和软件的组合来实现。
[0045]
在呈现的各种附图中示出的连接线或连接器旨在表示各种元件之间的功能关系和/或物理或逻辑联接。应当注意，在实际装置中可以存在许多替代的或附加的功能关系、物理连接或逻辑连接。
[0046]
这里提供的任何和所有示例或语言的使用仅是为了更好地阐明详细描述，而不对本公开的范围进行限制，除非另外声明。
[0047]
图1是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件100的示意性结构的剖视图。参照图1，根据一些示例实施方式的磁隧道结器件100可以包括第一磁性层101、设置在第一磁性层101上的第一氧化物层102、设置在第一氧化物层102上的第二磁性层105以及设置在第二磁性层105上的第二氧化物层106。这里，表述“设置在
……
上”是为了描述的方便，并不一
定意味着竖直关系。例如，第一氧化物层102可以设置在第一磁性层101和第二磁性层105之间，第二磁性层105可以设置在第一氧化物层102和第二氧化物层106之间。
[0048]
第一磁性层101和第二磁性层105可以包括具有磁性的铁磁金属材料。例如，第一磁性层101和第二磁性层105可以包括铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、锰(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。第一磁性层101和第二磁性层105中的一个可以是具有被钉扎的磁化方向的被钉扎层，另一个可以是具有可变磁化方向的自由层。当第一磁性层101和第二磁性层105具有相同(平行)的磁化方向时，磁隧道结器件100具有低电阻，当第一磁性层101和第二磁性层105的磁化方向相反(反平行)时，磁隧道结器件100具有高电阻。这种现象被称为隧道磁阻(tmr)。磁隧道结器件100可以通过应用这种tmr现象而用于存储器件。
[0049]
第一磁性层101和第二磁性层105可以包括相同的磁性材料，并且可以包括或者可以不包括任何其它不相同的材料，但是不限于此。为了提高使用磁隧道结器件100的存储器件的操作速度，第一磁性层101和第二磁性层105当中的用作自由层的磁性层可以具有低的饱和磁化强度(ms)。例如，第一磁性层101和第二磁性层105当中的用作自由层的磁性层可以不包括硼(b)。自由层中的硼的存在会增大饱和磁化强度并降低磁隧道结器件100的切换效率。为了进一步降低自由层的饱和磁化强度，第一磁性层101和第二磁性层105当中的用作自由层的磁性层可以进一步包括掺有除了硼之外的金属元素的磁性材料。用作被钉扎层的磁性层以及自由层可以不包括掺有硼的磁性材料，并且可以包括无硼磁性材料或掺有其它金属元素的磁性材料。
[0050]
第一磁性层101和第二磁性层105可以具有高的垂直磁各向异性(pma)。例如，第一磁性层101和第二磁性层105的垂直磁各向异性能量可以超过面外退磁能。在这种情况下，第一磁性层101和第二磁性层105的磁矩可以在垂直于层方向的方向(例如，在图1中竖直方向)上稳定。磁隧道结器件100可以应用于stt-mram。然而，第一磁性层101和第二磁性层105的磁化方向不限于垂直于该层方向的方向，并且第一磁性层101和第二磁性层105也可以具有平行于层方向(例如，在图1中水平方向)的磁化方向。可选地或另外地，磁隧道结器件100不仅可以应用于stt-mram，而且可以应用于自旋轨道耦合转矩(sot)mram。
[0051]
设置在第一磁性层101和第二磁性层105之间的第一氧化物层102可以用作磁隧道结的隧道势垒层。第一氧化物层102可以包括晶体mg氧化物。例如，第一氧化物层102可以包括mgo、mgal2o4或mgtio
x
。此外，第二氧化物层106可以用作覆盖层。第二氧化物层106可以包括任何氧化物材料，但是通常可以包括与第一氧化物层102相同的材料。
[0052]
图2a至图2e是示意性示出制造图1所示的磁隧道结器件100的工艺的剖视图。在下文，将参照图2a至图2e描述制造图1所示的磁隧道结器件100的方法。
[0053]
首先，参照图2a，在第一磁性层101上形成第一氧化物层102。第一氧化物层102可以包括具有按化学计量地缺氧组成的金属氧化物从而捕获在稍后描述的(后续)退火工艺中产生的氧和/或氮。例如，当第一氧化物层102包括mgo时，第一氧化物层102中的镁(mg)的比例可以大于50at％并且第一氧化物层102中的氧(o)的比例可以小于50at％。可选地或另外地，例如，第一氧化物层102中的镁(mg)的比例可以为约52at％至约65at％，第一氧化物层102中的氧(o)的比例可以为约35at％至约48at％。当第一氧化物层102包括mgal2o4时，第一氧化物层102中的氧(o)的比例可以小于约57at％。例如，第一氧化物层102可以形成为与
形成第一氧化物层102的氧化物材料的固有氧组成相比具有缺氧组成。
[0054]
第一氧化物层102可以通过例如诸如射频(rf)溅射的沉积形成，并且第一氧化物层102中的氧组成可以通过调节在腔室中供应在第一磁性层101上的材料的量来调节。可选地或另外地，第一氧化物层102可以通过首先在第一磁性层101上沉积金属材料、然后氧化(例如热氧化)该金属材料来形成。在这种情况下，第一氧化物层102的氧组成可以通过氧化金属材料的时间来调节。例如，mgo可以通过首先在第一磁性层101上沉积镁、然后氧化mg来形成。此时，当执行氧化的时间比完全氧化mg所需的时间短时，第一氧化物层102的mgo可以具有缺氧组成。
[0055]
在形成第一氧化物层102之后，将第一磁性层101和第一氧化物层102冷却至低的温度。通常，第一氧化物层102的材料具有相对低的表面能，而第二磁性层105的金属材料具有相对高的表面能。为此，当在第一氧化物层102上形成第二磁性层105时，金属材料可能不均匀地分布在第一氧化物层102的表面上。这个问题可以通过降低第一氧化物层102的温度以降低金属材料的迁移率来改善。例如，第一氧化物层102可以被冷却至小于或等于约250k、或约50k至约150k、或约70k至约100k的温度。
[0056]
参照图2b，在形成第二磁性层105之前，可以首先在第一氧化物层102上形成(例如沉积)润湿层103。润湿层103可以用于通过增大第一氧化物层102的表面能来帮助在第一氧化物层102上沉积第二磁性层105。润湿层103可以通过使用诸如溅射、物理气相沉积(pvd)等中的至少一种的方法形成。润湿层103可以用作关于第二磁性层105的前体。为此，润湿层103可以包括3d过渡金属和/或其合金。例如，润湿层103可以包括fe、co、ni、mn、含fe合金、含co合金、含ni合金和含mn合金中的至少一种材料。润湿层103可以包括除了硼(b)之外的其它材料(诸如非过渡金属)的合金；然而，示例实施方式不限于此。
[0057]
润湿层103可以具有非常薄的厚度。例如，润湿层103可以仅包括两个或三个单分子层(monolayer)。尽管润湿层103可以基本上均匀地分布在第一氧化物层102上，但是由于润湿层103具有非常薄的厚度，所以具有完全平滑和连续的分布不是必需的或期望的或重大的或重要的，并且空隙可以部分地在润湿层103内部。
[0058]
参照图2c，氧和/或氮原子104可以通过氧化或氮化润湿层103而与润湿层103结合。例如，润湿层103可以被自然地/天然地氧化，和/或可以使用诸如反应氧化的其它氧化方法。可选地或另外地，润湿层103可以自然氮化和/或通过有意反应氮化，诸如但不限于去耦等离子体氮化(dpn)工艺。该氧化/氮化反应可以执行，直到获得目标电阻区域(ra)产物。尽管润湿层103可以通过氧化/氮化反应被完全氧化和/或氮化，但是氧化/氮化反应可以在润湿层103没有被完全氧化/氮化时终止。结果，氧化/氮化的润湿层103'形成在第一氧化物层102上。
[0059]
参照图2d，可以在氧化/氮化的润湿层103'上沉积第二磁性层105。第二磁性层105可以包括不包含硼(b)的无硼磁性材料。例如，为了在氧化/氮化的润湿层103'上形成第二磁性层105，可以沉积3d过渡金属(诸如铁(fe)、钴(co)、镍(ni)和锰(mn))、3d过渡金属合金(诸如含fe合金、含co合金、含ni合金和含mn合金)、或者霍伊斯勒合金(诸如co2fe、co2mnsi、co2femnsi、co2fesi、mnga、mnge)等中的至少一种。尽管硼可以通过降低第二磁性层105的表面能来促进第二磁性层105在第一氧化物层102上的形成，但是如上所述，硼可能是磁隧道结器件100的切换效率恶化的原因。
[0060]
可选地或另外地，如上所述，第二磁性层105可以掺有除了硼之外的附加金属元素。例如，第二磁性层105所掺的附加金属元素可以包括钙(ca)、钪(sc)、钇(y)、镁(mg)、锶(sr)、钡(ba)、锆(zr)、铍(be)、钛(ti)、铪(hf)、钒(v)、锌(zn)、铌(nb)、锰(mn)、铝(al)、铬(cr)、锂(li)、镉(cd)、铅(pb)、铟(in)、镓(ga)和钽(ta)中的至少一种。附加金属元素可以是非磁性金属，但是不必限于非磁性金属。例如，由于后面描述的原因，第二磁性层105所掺的附加金属元素可以具有比第二磁性层105中的铁磁材料的氧亲和力高的氧亲和力。
[0061]
在形成第二磁性层105的操作中，第一氧化物层102可以仍然处于低温冷却状态。这可能是因为从冷却第一氧化物层102到沉积第二磁性层105的时间可比第一氧化物层102的温度自然上升到室温所花费的时间短得多。即使第一氧化物层102的温度自然升高，在形成第二磁性层105的操作中第一氧化物层102的温度也可以小于或等于300k，例如小于或等于250k。或者，当第二磁性层105的沉积开始时，第一氧化物层102的温度可以小于或等于200k。如果需要或期望，可以在形成氧化/氮化的润湿层103'和沉积第二磁性层105之前执行附加的冷却。
[0062]
在形成第二磁性层105之后，可以在第二磁性层105上进一步形成第二氧化物层106。第二氧化物层106可以包括与第一氧化物层102相同的氧化物材料，但是可以包括其它氧化物材料。然而，第二氧化物层106不是必不可少的配置，在一些情况下，可以省略形成第二氧化物层106的操作。
[0063]
现在参照图2e，为了提高第二磁性层105的结晶度，可以在大于或等于室温(300k)的温度对第二磁性层105进行退火。例如，可以执行快速热退火(rta)。在退火工艺期间，与氧化/氮化的润湿层103'结合的氧和/或氮原子104可以扩散到第一氧化物层102中。氧化/氮化的润湿层103'中的氧和/或氮原子104可以扩散到第一氧化物层102中，使得第一氧化物层102的与第二磁性层105相邻的区域中的氧和/或氮的比例可以增大。氧和/或氮原子104已经从其逃逸的润湿层103可以熔合到第二磁性层105中以实际上与第二磁性层105不可区分。
[0064]
如上所述，第一氧化物层102具有缺氧组成。因此，第一氧化物层102可以容易地或更容易地与从氧化/氮化的润湿层103'逃逸的氧和/或氮原子104结合。从氧化/氮化的润湿层103'逃逸的氧和/或氮原子104可以主要与第一氧化物层102的与润湿层103接触的上部区域结合。因此，在图2e所示的操作之后，第一氧化物层102可以包括与第一磁性层101相邻的第一区域102a和与第二磁性层105相邻的第二区域102b，并且第二区域102b中氧和/或氮的比例可以大于第一区域102a中氧或氮的比例。
[0065]
在制造图2a至图2e所示的磁隧道结器件100的方法中，第一磁性层101可以是被钉扎层，第二磁性层105可以是自由层。根据图2a至图2e所示的方法，由于第一氧化物层102具有缺氧组成，所以从氧化/氮化的润湿层103'逃逸的氧和/或氮原子104可能没有扩散或大幅度地扩散到第二磁性层105(其为自由层)中，而是可能扩散或更容易扩散到第一氧化物层102中、然后被捕获在第一氧化物层102中。因此，可以防止或减少由于自由层中的氧和/或氮原子引起的磁隧道结器件100的电阻区域(ra)增大的可能性和/或影响。
[0066]
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。参照图3，根据比较例的磁隧道结器件包括第一磁性层11、第一氧化物层12、第二磁性层15和第二氧化物层16。第一氧化物层12具有按化学计量地足氧组成。在这种情况下，
如图3所示，从润湿层分离的氧或氮原子14可能在退火工艺期间扩散到第二磁性层15(其是自由层)中。扩散到第二磁性层15中的氧或氮原子14可能导致根据比较例的磁隧道结器件的ra的增大。
[0067]
例如，当第二磁性层105掺有具有高的氧亲和力的金属时，氧和/或氮原子104被捕获在第二磁性层105中的具有高的氧亲和力的金属中的可能性增加。根据各种示例实施方式，由于具有按化学计量地缺氧组成的第一氧化物层102与几乎所有的氧或氮原子104结合，所以可以在第一氧化物层102上形成掺有具有高的氧亲和力的金属105的第二磁性层105，而没有或具有最小的或减少的劣化。例如，即使第二磁性层105掺有具有比第二磁性层105中的铁磁材料的氧亲和力高的氧亲和力的金属，由于第一氧化物层102具有缺氧组成，所以氧或氮原子104可能难以扩散到第二磁性层105中。
[0068]
因此，根据各种示例实施方式，可以在氧化物层上形成具有低饱和磁化强度特性的自由层，结果，可以提高磁隧道结器件100的操作速度。可选地或另外地，在氧化物层上形成具有低饱和磁化强度的自由层的工艺期间，通过防止或减少氧和/或氮被捕获在自由层内部的可能性和/或影响，可以适当地保持磁隧道结器件100的ra。可选地或另外地，相对薄厚度的无硼自由层可以更均匀地形成在具有相对低表面能的氧化物层上。如此形成的自由层可以具有改善的稳定性和改善的垂直磁各向异性。因此，可以进一步提高磁隧道结器件100的操作速度。
[0069]
图4是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件200的示意性结构的剖视图。参照图4，磁隧道结器件200可以包括第一磁性层201、设置在第一磁性层201上的第一氧化物层202、设置在第一氧化物层202上的第二磁性层205以及设置在第二磁性层205上的第二氧化物层206。例如，第一磁性层201可以是被钉扎层，第二磁性层205可以是自由层。此外，第一氧化物层202可以是隧道势垒层，第二氧化物层206可以是覆盖层。如果需要或期望，可以省略第二氧化物层206。
[0070]
第一氧化物层202可以包括具有按化学计量地缺氧组成的金属氧化物。此外，第一氧化物层202可以包括与第一磁性层201相邻的第一区域202a、与第二磁性层205相邻的第二区域202b以及设置在第一区域202a和第二区域202b之间的金属层202c。金属层202c可以包括与形成第一氧化物层202的金属氧化物的金属材料相同的金属材料。例如，当第一氧化物层202包括mgo时，金属层202c可以包括mg。然而，金属层202c的材料不必限于此，并可以包括容易沉积在第一氧化物层202的金属氧化物上并容易与氧和/或氮结合的其它金属材料。
[0071]
金属层202c可以用于捕获在第二磁性层205退火期间从润湿层203逃逸的氧或氮原子204。由于金属层202c，第一氧化物层202可以捕获更多的氧或氮原子204，并进一步减少扩散到第二磁性层205中的氧或氮原子。由于金属层202c在退火工艺中与氧和/或氮原子204结合，所以最终的金属层202c可以被部分地氧化和/或氮化。
[0072]
在第一氧化物层202内部，金属层202c可以尽可能靠近第二磁性层205设置。为此，第一氧化物层202的第二区域202b的厚度可以小于第一区域202a的厚度。此外，金属层202c可以具有薄的厚度从而不影响第一氧化物层202的隧道势垒层的功能。例如，金属层202c的厚度可以在约0.2nm至约0.3nm(至约)的范围内。另外，如上所述，第一氧化物层202的第二区域202b中氧或氮的比例可以高于第一区域202a中氧或氮的比例。磁隧道结器件
200的其余配置可以与图1所示的磁隧道结器件100的配置相同。
[0073]
图5是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件300的示意性结构的剖视图。在图1和图4所示的磁隧道结器件100和200中，被钉扎层设置在下部，自由层设置在上部。然而，自由层可以设置在下部，被钉扎层可以设置在上部。参照图5，磁隧道结器件300可以包括第二氧化物层306、设置在第二氧化物层306上的第二磁性层305、设置在第二磁性层305上的第一氧化物层302以及设置在第一氧化物层302上的第一磁性层301。第一磁性层301可以是被钉扎层，第二磁性层305可以是自由层，第一氧化物层302可以是隧道势垒层，第二氧化物层306可以是覆盖层。
[0074]
在一些示例实施方式中，作为自由层的第二磁性层305可以形成在作为覆盖层的第二氧化物层306上。为此，在第二氧化物层306的低温冷却状态下，润湿层303可以形成在第二氧化物层306上并可以被氧化和/或氮化。此外，第二氧化物层306可以具有缺氧组成，使得在润湿层303上形成第二磁性层305之后，在第二磁性层305的退火工艺中来自润湿层303的氧或氮原子304被捕获在第二氧化物层306中。当退火工艺完成时，第二氧化物层306包括具有相对低比例的氧或氮的第一区域306a和具有相对高比例的氧或氮的第二区域306b。第二区域306b是与第二磁性层305相邻地设置的区域。
[0075]
第一氧化物层302可以包括金属氧化物材料，该金属氧化物材料包括足够量的氧。例如，当第一氧化物层302包含mgo时，第一氧化物层302中mg和o的每种的比例可以为约50at％。
[0076]
图6是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件300'的示意性结构的剖视图。在图5所示的磁隧道结器件300中，作为被钉扎层的第一磁性层301可以通过使用传统方法沉积在作为隧道势垒层的第一氧化物层302上。例如，在各种示例实施方式中，例如如图5所示，第一磁性层301可以包括包含硼的铁磁材料，或者可以不掺有其它金属元素。然而，当作为被钉扎层的第一磁性层301也需要或期望高质量时，第一磁性层301也可以包括无硼磁性材料，并可以掺有具有相对高的氧亲和力的其它金属元素。
[0077]
为此，参照图6，磁隧道结器件300'可以包括具有缺氧组成的第一氧化物层302。此外，在第一氧化物层302的低温冷却状态下，润湿层303可以在第一氧化物层302上形成并被氧化/氮化，并且第一磁性层301可以在润湿层303上沉积。此后，当第一磁性层301被退火时，氧和/或氮原子304可以被捕获在第一氧化物层302中，而不扩散到第一磁性层301中。因此，第一氧化物层302包括具有相对低比例的氧或氮的第一区域302a和具有相对高比例的氧和/或氮的第二区域302b。这里，第一区域302a与第二磁性层305相邻地设置，第二区域306b与第一磁性层301相邻地设置。
[0078]
图7是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件400的示意性结构的剖视图。参照图7，磁隧道结器件400可以包括第二氧化物层406、设置在第二氧化物层406上的第二磁性层405、设置在第二磁性层405上的第一氧化物层402以及设置在第一氧化物层402上的第一磁性层401。
[0079]
第二氧化物层406可以包括具有按化学计量地缺氧组成的金属氧化物。此外，第二氧化物层406包括具有相对低比例的氧和/或氮的第一区域406a、具有相对高比例的氧和/或氮的第二区域406b、以及设置在第一区域406a和第二区域406b之间的金属层406c。金属层406c可以与参照图4描述的第一氧化物层202的金属层202c相同。磁隧道结器件400的未
被描述的其它配置可以与图5所示的磁隧道结器件300的配置相同。此外，磁隧道结器件400的第一氧化物层402可以进一步包括参照图6描述的配置。
[0080]
图8是示出根据一些示例实施方式的磁隧道结器件500的示意性结构的剖视图。参照图8，磁隧道结器件500可以包括第一磁性层501、设置在第一磁性层501上的第一氧化物层502、设置在第一氧化物层502上的第二磁性层505、设置在第二磁性层505上的第二氧化物层512、设置在第二氧化物层512上的第三磁性层511以及设置在第三磁性层511上的第三氧化物层506。
[0081]
第一磁性层501和第三磁性层511可以是被钉扎层，第二磁性层505可以是自由层。因此，磁隧道结器件500可以包括两个被钉扎层和设置在其间的一个自由层。此外，第一氧化物层502和第二氧化物层512可以是隧道势垒层，第三氧化物层506可以是选择性覆盖层。为了俘获氧和/或氮原子504，设置在作为自由层的第二磁性层505下面的第一氧化物层502可以具有缺氧组成。
[0082]
在图8中，示出设置在作为被钉扎层的第三磁性层511下面的第二氧化物层512具有缺氧组成并且氧和/或氮原子504被捕获在第二氧化物层512中。然而，这是可选的，而不必限于此。例如，第二氧化物层512可以包括含有足够量的氧的金属氧化物材料。作为被钉扎层的第三磁性层511可以通过使用传统方法沉积在第二氧化物层512上。
[0083]
图9示意性地显示出包括根据一些示例实施方式的磁隧道结器件100的一个存储单元。参照图9，存储单元mc可以包括磁隧道结器件100和连接到磁隧道结器件100的开关器件tr。开关器件tr可以是诸如薄膜晶体管的晶体管；然而，示例实施方式不限于此。存储单元mc可以连接在位线bl和字线wl之间。位线bl和字线wl可以设置为彼此交叉，并且存储单元mc可以设置在位线bl和字线wl的交叉点。位线bl可以电连接到第二磁性层105(其是磁隧道结器件100的自由层)，字线wl可以连接到开关器件tr的栅极。此外，开关器件tr的第一源极/漏极电极(例如漏极电极)可以电连接到作为磁隧道结器件100的被钉扎层的第一磁性层101，并且开关器件tr的第二源极/漏极电极(例如源极电极)可以电连接到选择线sl。在这种结构中，写电流、读电流、擦除电流等可以通过字线wl和位线bl施加到存储单元mc。在图9中，显示出存储单元mc包括图1所示的磁隧道结器件100，但是在各种其它实施方式中，存储单元mc可以包括磁隧道结器件200、300、400和500。
[0084]
图10是示意性示出包括多个图9所示的存储单元mc的存储器件600的配置的电路图。参照图10，存储器件600可以包括多条位线bl、多条字线wl、多条选择线sl、分别设置在所述多条位线bl和所述多条字线wl的交叉点的所述多个存储单元mc、向所述多条位线bl施加电流的位线驱动器601、向所述多条字线wl施加电流的字线驱动器602以及向所述多条选择线sl施加电流的选择线驱动器603。每个存储单元mc可以具有图9所示的配置。存储器件600可以具有交叉点架构；然而，示例实施方式不必限于此。
[0085]
图10所示的存储器件600可以是磁随机存取存储器(mram)，并可以用于使用非易失性存储器的电子装置中。例如，图10所示的存储器件600可以是stt-mram器件，其中自由层的磁化方向被直接施加到磁隧道结器件的自由层的自旋电流改变。stt-mram不需要单独的导线来产生外部磁场，因此stt-mram可以有利于高集成并具有简单的操作方法。尽管stt-mram在图10中被显示为示例，但是磁隧道结器件可以应用于sot-mram。
[0086]
图11是示意性地示出包括根据一些示例实施方式的非易失性存储器件(诸如图10
所示的非易失性存储器件600)的电子装置3000的框图。
[0087]
参照图11，根据一些示例实施方式的电子装置3000可以包括pda、膝上型计算机、便携式计算机、网络平板电脑、无线电话、移动电话、数字音乐播放器、有线/无线电子装置、或者包括上述装置中的至少两个的复合电子装置。电子装置3000可以包括通过总线310彼此结合的控制器320、输入/输出装置330(诸如小键盘、键盘和显示器)、存储器340和无线接口350中的至少一个，并可以包括至少一个有源或无源电路部件。
[0088]
控制器320可以包括例如一个或更多个微处理器、数字信号处理器、微控制器等。存储器340可以例如用于存储将由控制器320执行的指令。
[0089]
存储器340可以用于存储用户数据。存储器340可以包括根据实施方式的磁隧道结器件100中的至少一个，并可以包括以上参照图10描述的非易失性存储器件600。
[0090]
电子装置3000可以使用无线接口350向用rf信号通信的无线通信网络发送数据或从该无线通信网络接收数据。例如，无线接口350可以包括天线、无线收发器等中的至少一个。电子装置3000可以用于如3g通信系统的通信接口协议，诸如码分多址(cdma)、全球移动通信系统(gsm)、北美数字蜂窝(nadc)、增强型时分多址(e-tdma)、宽带码分多址(wcdma)或cdma2000中的至少一种。
[0091]
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4000的框图。
[0092]
参照图12，根据一些示例实施方式的非易失性存储器件可以用于实现存储器系统。存储器系统4000可以包括用于存储大量数据的存储器410和存储器控制器420。响应于来自主机430的读/写/擦除请求，存储器控制器420控制存储器410读取、写入或擦除存储在存储器410中的数据。存储器控制器420可以配置地址映射表，用于将从主机430(例如，移动装置或计算机系统)提供的地址映射到存储器410的物理地址。存储器410可以包括以上参照图10描述的非易失性存储器件600。
[0093]
根据上述各种示例实施方式的存储器件可以以芯片形式实现并用作计算平台。例如，图13是示出包括根据一些示例实施方式的存储器的装置5000的示意图。参照图13，装置5000可以包括处理电路510和/或存储器520。存储器520可以包括根据一些各种示例实施方式的磁隧道结器件。
[0094]
处理电路510可以配置为控制用于驱动装置5000的功能。例如，处理电路510可以通过执行存储在装置5000的存储器520中的程序来控制装置5000，并可以包括上述磁隧道结器件100中的至少一种。
[0095]
处理电路510可以包括硬件(诸如至少一个逻辑电路)、硬件和软件的组合(诸如执行软件的处理器)、或者其组合。例如，处理器可以包括中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、应用处理器(ap)、算术逻辑单元(alu)、数字处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(fpga)、片上系统(soc)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(asic)等。
[0096]
以上公开的任何元件和/或功能块可以包括或实现为：处理电路，诸如包括逻辑电路的硬件；硬件/软件组合，诸如执行软件的处理器；或其组合。例如，更具体地，处理电路可以包括但不限于中央处理单元(cpu)、算术逻辑单元(alu)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(fpga)、片上系统(soc)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(asic)等。处理电路可以包括电子部件，诸如晶体管、电阻器、电容器等中的至少一个。处理
电路可以包括电子部件，诸如包括and门、or门、nand门、not门等中的至少一个的逻辑门。
[0097]
已经参照附图所示的示例实施方式描述了上述磁隧道结器件、包括该磁隧道结器件的存储器件以及该磁隧道结器件的制造方法，但是这仅是示例，本领域普通技术人员将理解，可以在其中进行各种修改和其它等同实施方式。因此，本公开的上述实施方式应仅以描述性含义被理解，而不是出于限制的目的。权利的范围在权利要求中而不是在上面的描述中指示，并且在与其等同的范围内的所有差异应被解释为包括在权利的范围内。
[0098]
应理解，这里描述的各种实施方式应仅以描述性含义被考虑，而不是为了限制的目的。对每个示例实施方式内的特征或方面的描述通常应当被认为可用于其它示例实施方式中的其它类似特征或方面。示例实施方式不一定相互排斥；例如，一些示例实施方式可以包括参照一个或更多个附图描述的特征，并且还可以包括用一个或更多个其它附图描述的其它特征。虽然已经参照附图描述了各种示例实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由以下权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和/或细节上的各种改变。
[0099]
本技术基于2021年3月4日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0028968号并要求其优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用整体地结合于此。