CN114512596A

CN114512596A - 磁存储器件

Info

Publication number: CN114512596A
Application number: CN202111318157.5A
Authority: CN
Inventors: 朴相奂; 金哉勋; 朴容星; 徐铉雨; 吴世忠; 赵显�
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2022-05-17
Also published as: US11944014B2; US20220158085A1; KR20220066725A

Abstract

提供了一种包括磁隧道结的磁存储器件。磁隧道结包括固定层、在固定层上的极化增强结构、在极化增强结构上的隧道势垒层以及在隧道势垒层上的自由层，其中极化增强结构包括多个极化增强层以及将多个极化增强层彼此分开的至少一个间隔物层。多个极化增强层中的每个的厚度为从约

至约

且至少一个间隔物层的厚度为从约

至约

Description

磁存储器件

技术领域

本公开涉及磁存储器件。更具体地，本公开涉及包括磁隧道结的磁存储器件。

背景技术

由于对具有高速和低功耗的电子设备的日益增长的需求，对于包含在此类电子设备中的具有高速和低功耗的存储器件的需求相应增加。已经提出了磁存储器件作为可以满足这些需求的一种潜在类型的存储器件。磁存储器件可以包括磁隧道结。

发明内容

本公开提供了具有在平行方向到反平行方向上的改进的单元保持(cellretention)、具有在平行方向到反平行方向上的切换电流与在反平行方向到平行方向上的切换电流之间的改进的不对称性、以及具有改进的耐热性的磁存储器件，尽管本公开不限于这些改进和增强。

根据发明构思的一些方面，提供了一种磁存储器件，该磁存储器件包括磁隧道结。磁隧道结可以包括：固定层、在固定层上的极化增强结构、在极化增强结构上的隧道势垒层和在隧道势垒层上的自由层。极化增强结构可以包括多个极化增强层和可以将多个极化增强层彼此分开的至少一个间隔物层。多个极化增强层中的每个的厚度可以为从约

至约

且至少一个间隔物层的厚度可以为从约

至约

根据发明构思的一些方面，提供了一种包括磁隧道结的磁存储器件。磁隧道结可以包括固定层、在固定层上的极化增强结构、在极化增强结构上的隧道势垒层和在隧道势垒层上的自由层。极化增强结构可以包括多个钴-铁-硼(CoFeB)层和可以将多个CoFeB层彼此分开的至少一个钼-钴-铁(MoCoFe)层。

根据发明构思的一些方面，提供了一种包括磁隧道结的磁存储器件。磁隧道结可以包括：固定层、在固定层上的极化增强结构、在极化增强结构上的隧道势垒层和在隧道势垒层上的自由层。极化增强结构可以包括可以交替堆叠的多个极化增强层和多个间隔物层。多个极化增强层中的第一极化增强层的厚度可以不同于多个极化增强层中的第二极化增强层的厚度。

附图说明

从结合附图进行的以下详细描述中，将更清楚地理解本公开的方面及其发明构思的实施方式的一些示例，其中：

图1是根据发明构思的一些实施方式的磁存储器件的框图；

图2是包括在根据发明构思的一些实施方式的磁存储器件中的存储单元阵列的电路图；

图3是包括在根据发明构思的一些实施方式的磁存储器件中的存储单元的示意图；

图4是根据发明构思的一些实施方式的磁存储器件的截面图；

图5是包括在根据发明构思的一些实施方式的磁存储器件中的磁隧道结的截面图；

图6是包括在根据发明构思的一些实施方式的磁存储器件中的磁隧道结的截面图；和

图7是根据发明构思的一些实施方式的电子设备的框图。

具体实施方式

图1是根据发明构思的一些实施方式的磁存储器件10的框图。

参照图1，磁存储器件10可以包括存储单元阵列11、行解码器12、列选择器13、读/写电路14和控制逻辑15。

存储单元阵列11可以包括多个存储单元MC(见图2和图3)。下面将参照图2更详细地描述存储单元阵列11。

行解码器12可以通过多条字线WL0至WL3(见图2)连接到存储单元阵列11。行解码器12可以通过解码从外部源(未示出)输入的地址来选择多条字线WL0至WL3(见图2)中的至少一条。

列选择器13可以通过多条位线BL0至BL3(见图2)连接到存储单元阵列11。列选择器13可以通过解码从外部源输入的地址来选择多条位线BL0至BL3(见图2)中的至少一条。由列选择器13选择的至少一条位线可以连接到读/写电路14。

读/写电路14可以向由列选择器13选择的至少一条位线提供位线电压，以将输入数据写入存储单元阵列11或读取存储在存储单元阵列11中的数据。

控制逻辑15可以根据从外部源提供的命令信号产生控制信号以控制磁存储器件10。读/写电路14可以由控制信号控制。在一些实施方式中，行解码器12和列选择器13也可以由控制信号控制。

图2是包括在根据发明构思的一些实施方式的磁存储器件10(见图1)中的存储单元阵列11的电路图。

参照图2，存储单元阵列11可以包括多个存储单元MC。多个存储单元MC可以连接到多条字线WL0至WL3和多条位线BL0至BL3。多个存储单元MC中的每个可以连接在多条字线WL0至WL3之一与多条位线BL0至BL3之一之间。换句话说，多个存储单元MC中的每个可以分别连接到多条位线BL0至BL3之一，并分别连接到多条字线WL0至WL3之一。因此，可以通过选择多条字线WL0至WL3之一和多条位线BL0至BL3之一来选择存储单元MC。

多个存储单元MC中的每个可以包括存储单位ME和开关单位SE。多个存储单元MC中的每个的存储单位ME可以包括可变电阻器单位，该可变电阻器单位可以响应于施加到存储单位ME的电信号而被切换为两种类型的电阻状态中的一种。多个存储单元MC中的每个的开关单位SE可以被配置为选择性地控制流过存储单元MC的存储单位ME的电流的流动。例如，开关单位SE可以包括场效应晶体管、二极管晶体管或双极晶体管。下面将参照图3更详细地描述存储单元MC。

图3是根据发明构思的一些实施方式的包括在磁存储器件10(见图1)中的存储单元MC的示意图。

参照图3，存储单元MC可以包括存储单位ME和开关单位SE。存储单位ME可以包括磁隧道结100。在一些实施方式中，存储单位ME还可以包括在磁隧道结100下方的底部电极BE和在磁隧道结100上的顶部电极TE。即，磁隧道结100可以在底部电极BE和顶部电极TE之间。尽管参考了顶部电极TE和底部电极BE，但是应当理解，这些参考是为了便于说明并且本公开不限于任何特定取向。

磁隧道结100可以包括固定层130、自由层150以及在固定层130和自由层150之间的隧道势垒层140。如图5和图6所示，磁隧道结100可以包括更多个层，并且固定层130和自由层150可以每个包括多个层。然而，为了便于说明，图3中仅示意性地示出了磁隧道结100。稍后将参照图5和图6描述磁隧道结100的配置的细节。

固定层130可以具有固定的磁化方向，而自由层150可以具有可变的磁化方向。当固定层130和自由层150的磁化方向彼此平行时，电子隧穿通过隧道势垒层140的可能性增加，因此磁隧道结100处于低电阻状态。相反，当固定层130和自由层150的磁化方向彼此相反(即，反平行)取向时，电子隧穿通过隧道势垒层140的可能性降低，因此，磁隧道结100处于高电阻状态。因此，磁隧道结100可以在两种电阻状态(即低电阻状态和高电阻状态)之间切换。由于这种特性，磁隧道结100可以用于存储数据。

在一些实施方式中，开关单位SE可以包括场效应晶体管。在一些实施方式中，源极线SL可以连接到开关单位SE的第一源极/漏极，磁隧道结100可以通过底部电极BE连接到开关单位SE的第二源极/漏极。此外，字线WL可以连接到开关单位SE的栅极。磁隧道结100可以通过底部电极BE和开关单位SE连接到源极线SL，并且可以通过顶部电极TE连接到位线BL。在一些实施方式中，位线BL和源极线SL可以彼此互换。即，磁隧道结100可以通过底部电极BE和开关单位SE连接到位线BL，并且可以通过顶部电极TE连接到源极线SL。换句话说，磁隧道结100的自由层150或固定层130中的一个可以通过底部电极BE和开关单位SE连接到位线BL，而固定层130和自由层150中的另一个可以通过顶部电极TE连接到源极线SL。通过控制字线WL的电压来导通/关断开关单位SE，磁隧道结100可以选择性地连接到源极线SL。

对于存储器件的写入操作，可以通过向字线WL施加电压来导通开关单位SE，并且可以在位线BL和源极线SL之间施加写入电流。这里，可以根据写入电流的方向来确定自由层150的磁化方向。对于磁存储器件10的读取操作，可以通过向字线WL施加电压来导通开关单位SE，并且可以通过在从位线BL到源极线SL的方向上施加读取电流来识别存储在磁隧道结100中的数据。这里，读取电流远小于写入电流，因此，自由层150的磁化方向可以不被读取电流改变。

图4是根据发明构思的一些实施方式的磁存储器件10的截面图。

参照图4，磁存储器件10可以包括衬底SB、在衬底SB上的开关单位SE和连接到开关单位SE的磁隧道结100。

衬底SB可以包括诸如IV族半导体材料、III-V族半导体材料或II-VI族半导体材料的半导体材料。IV族半导体材料可以包括例如硅(Si)、锗(Ge)或SiGe。III-V族半导体材料可以包括例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)或砷化铟镓(InGaAs)。II-VI族半导体材料可以包括例如碲化锌(ZnTe)或硫化镉(CdS)。衬底SB可以包括体晶片或外延层。

开关单位SE可以包括栅极结构G(其可以形成在衬底SB上)以及分别与栅极结构G的第一侧和第二侧相邻的第一源极/漏极结构SD1和第二源极/漏极结构SD2。栅极结构G可以包括堆叠在衬底SB上的栅极绝缘层GI、栅电极层GE和栅极盖层GC。栅极结构G还可以包括在栅极绝缘层GI、栅电极层GE和栅极盖层GC的横向表面或侧表面上的栅极间隔物层GS。

在一些实施方式中，栅极绝缘层GI可以包括在衬底SB上的界面层和在界面层上的高介电层。界面层可以包括具有9或更小的介电常数的低介电材料，例如硅氧化物(SiO₂)、硅氮化物(SiN)或其组合。在一些实施方式中，可以省略界面层。高介电层可以包括具有大于SiO₂的介电常数的介电常数的材料，例如具有从约10至约25的介电常数的材料。高介电层可以包括例如铪氧化物(HfO₂)、二氧化锆(ZrO₂)、铝氧化物(Al₂O₃)或其组合。

栅电极层GE可以包括金属、金属氮化物、金属碳化物、半导体或其组合。金属可以包括钛(Ti)、钨(W)、钌(Ru)、铌(Nb)、钼(Mo)、Hf、镍(Ni)、钴(Co)、铂(Pt)、镱(Yb)、铽(Tb)、镝(Dy)、铒(Er)、钯(Pd)或其组合。金属氮化物可以包括钛氮化物(TiN)、钽氮化物(TaN)或其组合。金属碳化物可以包括钛铝碳化物(TiAlC)。半导体可以包括多晶硅。

栅极盖层GC可以包括例如SiN。栅极间隔物层GS可以包括例如SiO₂、SiN或其组合。

第一源极/漏极结构SD1和第二源极/漏极结构SD2可以每个包括半导体材料，诸如IV族半导体材料、III-V族半导体材料或II-VI族半导体材料。IV族半导体材料可以包括例如Si、Ge或SiGe。III-V族半导体材料可以包括例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)或砷化铟镓(InGaAs)。II-V族半导体材料可以包括例如碲化锌(ZnTe)或硫化镉(CdS)。例如，第一源极/漏极结构SD1和第二源极/漏极结构SD2可以每个包括Si。在一些实施方式中，第一源极/漏极结构SD1和第二源极/漏极结构SD2可以由衬底SB形成。在一些实施方式中，第一源极/漏极结构SD1和第二源极/漏极结构SD2可以每个包括Si盖层以及分别具有不同浓度的SiGe层。

在一些实施方式中，磁存储器件10还可以包括覆盖衬底SB和开关单位SE的第一层间绝缘层IL1。第一层间绝缘层IL1可以包括例如SiO₂、SiN或其组合。磁存储器件10还可以包括在第一层间绝缘层IL1上的第一导电线L1和第二导电线L2。磁存储器件10还可以包括第一接触插塞CP1和第二接触插塞CP2，第一接触插塞CP1和第二接触插塞CP2的每个穿透第一层间绝缘层IL1。第一接触插塞CP1可以将第一导电线L1连接到第一源极/漏极结构SD1，第二接触插塞CP2可以将第二导电线L2连接到第二源极/漏极结构SD2。第一导电线L1可以对应于或连接到图3所示的源极线SL。第一导电线L1、第二导电线L2、第一接触插塞CP1和第二接触插塞CP2可以每个包括金属和金属阻挡层。金属可以包括W、Ti、Ta、Al、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)或其组合。金属阻挡层可以包括Ti、Ta、TiN、TaN或其组合。

在一些实施方式中，磁存储器件10还可以包括在第一层间绝缘层IL1上的第二层间绝缘层IL2，并且第二层间绝缘层IL可以围绕第一导电线L1的一侧和第二导电线L2的一侧。磁存储器件10还可以包括在第二层间绝缘层IL2上的第三层间绝缘层IL3。第二层间绝缘层IL2和第三层间绝缘层IL3可以每个包括SiO₂、SiN或其组合。

存储单位ME可以在第三层间绝缘层IL3上。底部电极BE和顶部电极TE可以每个包括金属、金属氮化物或其组合。例如，底部电极BE和顶部电极TE可以每个包括Ta、Ru、TaN或其组合。稍后将参照图5和图6详细描述磁隧道结100。

在一些实施方式中，磁存储器件10还可以包括穿透第三层间绝缘层IL3并将底部电极BE连接到第二导电线L2的第一通路V1。第一通路V1可以包括金属和金属阻挡层。金属可以包括W、Ti、Ta、Al、Cu、Ag、Au或其组合。金属阻挡层可以包括Ti、Ta、TiN、TaN或其组合。

在一些实施方式中，磁存储器件10还可以包括位于第三层间绝缘层IL3上并围绕存储单位ME的第四层间绝缘层IL4。在一些实施方式中，磁存储器件10还可以包括在第四层间绝缘层IL4上的第五层间绝缘层IL5。第四层间绝缘层IL4和第五层间绝缘层IL5可以每个包括SiO₂、SiN或其组合。

在一些实施方式中，磁存储器件10还可以包括在第五层间绝缘层IL5上的第三导电线L3。第三导电线L3可以对应于或连接到图3中所示的位线BL。在一些实施方式中，磁存储器件10可以进一步包括将第三导电线L3连接到顶部电极TE并穿透第五层间绝缘层IL5的第二通路V2。第三导电线L3和第二通路V2可以每个包括金属和金属阻挡层。金属可以包括W、Ti、Ta、Al、Cu、Ag、Au或其组合。金属阻挡层可以包括Ti、Ta、TiN、TaN或其组合。

图5是根据发明构思的一些实施方式的包括在磁存储器件10(见图1)中的磁隧道结100的截面图。

参照图5，磁隧道结100可以包括在垂直方向(Z方向)上堆叠的固定层130、极化增强结构170、隧道势垒层140和自由层150。即，磁隧道结100可以包括固定层130、在固定层130上的极化增强结构170、在极化增强结构170上的隧道势垒层140和在隧道势垒层140上的自由层150。

在一些实施方式中，磁隧道结100还可以包括在固定层130下方或之下的籽晶层120。在一些实施方式中，磁隧道结100还可以包括在籽晶层120下方或之下的缓冲层110。在一些实施方式中，磁隧道结100还可以包括在自由层150上或上方的垂直磁各向异性增强层160。在一些实施方式中，磁隧道结100还可以包括在垂直磁各向异性增强层160上或上方的盖层190。

缓冲层110可以被配置为至少部分地防止底部电极BE(见图1和图2)的结晶对缓冲层110上或上方的层(例如，籽晶层120、固定层130、极化增强结构170、隧道势垒层140和自由层150)的结晶产生影响。在一些实施方式中，缓冲层110可以是非晶的。缓冲层110可以是非磁性的或磁性的。在一些实施方式中，缓冲层110可以包括XY，其中X可以包括铁(Fe)、Co或其组合，Y可以包括Hf、钇(Y)、Zr或其组合。

籽晶层120可以被配置为帮助固定层130、极化增强结构170、隧道势垒层140和自由层150分别具有期望的晶体结构。在一些实施方式中，籽晶层120可以具有六角密堆积(HCP)结构。在一些实施方式中，籽晶层120可以是非晶的。籽晶层120可以是非磁性的或磁性的。在一些实施方式中，籽晶层120可以包括镍铬合金(NiCr)、硼化钴铁(CoFeB)、镁(Mg)、Ta、Ru或其组合。

固定层130可以具有固定的磁化方向。固定的磁化方向可以是垂直方向(Z方向)或与垂直方向相反的方向(-Z方向)。

在一些实施方式中，固定层130可以包括在籽晶层120上的第一固定层131、在第一固定层131上的反平行耦合层133和在反平行耦合层133上的第二固定层132。第一固定层131也可以被称为硬偏置叠层。第二固定层132也可以被称为参考层。反平行耦合层133也可以被称为合成反铁磁(SAF)层。

第一固定层131和第二固定层132中的每个可以是结晶的。第一固定层131和第二固定层132中的每个可以是铁磁性的。第一固定层131和第二固定层132可以分别具有固定的磁化方向。然而，第二固定层132的磁化方向可以与第一固定层131的磁化方向相反。例如，第一固定层131的磁化方向可以是垂直方向(Z方向)，而第二固定层132的磁化方向是与垂直方向相反的方向(-Z方向)。第一固定层131和第二固定层132中的每个可以包括Co、Ni和Fe中的至少一种。例如，第一固定层131和第二固定层132中的每个可以包括CoNi、CoFeB、CoCr、CoFe、CoPt、FeB、CoB、CoFeAl或其组合。

反平行耦合层133可以帮助第一固定层131的磁化方向和第二固定层132的磁化方向彼此反平行。反平行耦合层133可以包括例如Ru、铱(Ir)、铼(Re)、铑(Rh)、碲(Te)、Y、Cr、Ag、Cu或其组合。例如，反平行耦合层133可以包括Ru。

极化增强结构170可以包括多个极化增强层。例如，极化增强结构170可以包括第一极化增强层171a和第二极化增强层171b。极化增强结构170还可以包括至少一个间隔物层，例如第一间隔物层172a和第二间隔物层172b。第一间隔物层172a和第二间隔物层172b可以将多个极化增强层171a和171b彼此分开。即，多个极化增强层171a和171b以及至少一个间隔物层172a和172b可以交替地堆叠在固定层130上。

当极化增强结构170仅包括一个极化增强层时，随着极化增强层的厚度增加，极化增强性能可以提高，但其垂直磁各向异性降低。根据发明构思，通过增加极化增强层的数量，极化增强性能可以提高，并且极化增强层171a和171b的厚度T2和T4可以不增加。因此，可以防止垂直磁各向异性的降低。因此，由于即使在高温下也可以防止垂直磁各向异性的减小，所以可以提高包括磁隧道结100的磁存储器件的耐热性。通过使用具有改善的垂直磁各向异性的极化增强结构170，可以改善平行方向到反平行方向的单元保持，并且可以改进从平行方向到反平行方向的切换电流与从反平行方向到平行方向的切换电流之间的不对称性。

多个极化增强层171a和171b中的每个可以包括铁磁材料。多个极化增强层171a和171b中的每个可以包括例如Co、Fe和Ni中的至少一种元素以及硼(B)、Si、Zr、Hf、铍、Al、碳(C)、Mo、Ta和Cu中的至少一种元素。例如，极化增强层171a和171b中的每个可以包括CoFeB。

至少一个间隔物层172a和172b中的每个可以包括非磁性材料C1。在一些实施方式中，至少一个间隔物层172a和172b中的每个还可以包括铁磁材料C2。非磁性材料C1可以在多个极化增强层171a和171b与多个间隔物层172a和172b之间的界面上引起界面垂直磁各向异性。铁磁材料C2可以提供穿过极化增强结构170的磁路。

在一些实施方式中，如图5所示，非磁性材料C1可以构成晶粒，并且铁磁材料C2可以位于晶粒的晶界处。在一些实施方式中，铁磁材料C2可以形成纳米颗粒。纳米颗粒可以具有从约0.1nm至约10nm的直径。铁磁材料C2的纳米颗粒可以均匀地或不均匀地分散在非磁性材料中。或者，非磁性材料C1和铁磁材料C2可以作为合金均匀混合。

非磁性材料C1可以包括W、Mo、Ta、Pt、Ir、Al、Hf、Cr、Ru、Nb、Zr、钒(V)、Pd、C、B、氧(O)、氮(N)或其组合。当使用Mo作为非磁性材料C1时，由于Mo的相对高的热稳定性，可以提高极化增强结构170和包括其的磁隧道结100的热稳定性。此外，Mo可以增强多个极化增强层171a和171b之间的交换耦合。铁磁材料C2可以包括Co、Fe、Ni、钆(Gd)、钐(Sm)、钕(Nd)、镨(Pr)或其组合。在一些实施方式中，铁磁材料C2可以包括CoFe。在一些实施方式中，多个间隔物层172a和172b中的每个可以包括MoCoFe。

多个间隔物层172a和172b中的每个可以包括等于或大于50at％且小于100at％的量的非磁性材料。如果多个间隔物层172a和172b中的每个包含小于50at％的非磁性材料C1，则间隔物层172a和172b是完全磁性的，因此，从磁的角度来看，多个间隔物层172a和172b可不提供与多个极化增强层171a和171b的界面。因此，当多个间隔物层172a和172b中的每个包括小于50at％的非磁性材料C1时，极化增强结构170的垂直磁各向异性可降低。反之，如果间隔物层172a和172b中的每个包括100at％的非磁性材料C1，则由于不存在提供磁路的铁磁材料C2，多个极化增强层171a和171b之间的交换耦合减小，因此，极化增强结构170的垂直磁各向异性可减小。

极化增强层171a和171b的厚度T2和T4可以从约

到约

如果极化增强层171a和171b的厚度T2和T4小于约

则极化增强结构170的极化增强效果会是不明显的。反之，如果极化增强层171a和171b的厚度T2和T4大于约

则极化增强结构170的垂直磁各向异性可减小。

间隔物层172a和172b的厚度T1和T3可以是从约

到约

如果多个间隔物层172a和172b的厚度T1和T3分别小于约

则多个间隔物层172a和172b可太薄，因此，从磁的角度来看，多个间隔物层172a和172b可不提供与多个极化增强层171a和171b的界面。反之，若多个间隔物层172a与172b的厚度T1和T3分别大于约

则多个间隔物层172a和172b可过厚，且多个极化增强层171a和171b之间的交换耦合可减弱，因此，极化增强结构170的垂直磁各向异性可减小。

图5示出了极化增强结构170包括两个极化增强层171a和171b以及两个间隔物层(例如，多个间隔物层172a和172b)。然而，极化增强结构170可以包括另一数量的极化增强层和另一数量的间隔物层。例如，极化增强结构170可以包括二到十个极化增强层和一到十个间隔物层。如果极化增强结构170包括十一个或更多个极化增强层和/或十一个或更多个间隔物层，则极化增强结构170的垂直磁各向异性可变得太大，因此，可能难以将磁存储器件从平行方向切换到反平行方向。根据极化增强结构170中包括的极化增强层和间隔物层的数量，极化增强结构170的总厚度可以从约

到约

在图5所示的实施方式中，极化增强结构170可以包括第一间隔物层172a、在第一间隔物层172a上的第一极化增强层171a、在第一极化增强层171a上的第二间隔物层172b、以及在第二间隔物层172b上的第二极化增强层171b。在一些实施方式中，与图5不同，极化增强结构170可以包括第一极化增强层171a、在第一极化增强层171a上的第一间隔物层172a、在第一间隔物层172a上的第二极化增强层171b、以及在第二极化增强层171b上的第二间隔物层172b。

在一些实施方式中，包括在极化增强结构170中的第一间隔物层172a的厚度T1和第二间隔物层172b的厚度T3可以彼此相同。例如，第一间隔物层172a的厚度T1可以与第二间隔物层172b的厚度T3相同。在一些实施方式中，包括在极化增强结构170中的所有极化增强层171a和171b的厚度T2和T4可以彼此相同。例如，第一极化增强层171a的厚度T2可以与第二极化增强层171b的厚度T4相同。

在一些实施方式中，包括在极化增强结构170中的所有第一间隔物层172a和第二间隔物层172b可以具有相同的组成，并且包括在极化增强结构170中的所有极化增强层171a和171b可以有相同的组成。然而，在其他实施方式中，第一间隔物层172a的组成可以不同于第二间隔物层172b的组成，并且第一极化增强层171a的组成可以不同于第二极化增强层171b的组成。

隧道势垒层140可以是结晶的或非晶的。隧道势垒层140可以是非磁性的或磁性的。隧道势垒层140可以将固定层130与自由层150分开。隧道势垒层140可以包括Al₂O₃、镁氧化物(MgO)、镁铝氧化物(MgAlO)、HfO₂、ZrO₂、过氧化锌(ZnO₂)、二氧化钛(TiO₂)或其组合。在一些实施方式中，隧道势垒层140可以包括多个层。例如，隧道势垒层140可以具有Mg/MgO、MgO/Mg、MgO/MgAlO、MgAlO/MgO、Mg/MgAlO/Mg、MgO/MgAlO/MgO、MgAlO/MgO/MgAlO等堆叠结构。

自由层150可以是铁磁性的。自由层150的磁化方向可以改变为垂直方向(Z方向)或与垂直方向相反的方向(-Z方向)。自由层150可以具有与固定层130的磁化方向平行或反平行的磁化方向。自由层150可以是结晶的。自由层150可以包括Co、Fe、CoB、FeB、CoFe、CoFeB、CoO、FeO、CoFeO或其组合。

在一些实施方式中，自由层150可以包括第一自由层151、在第一自由层151上方的第二自由层152、以及在第一自由层151和第二自由层152之间的插入层153。第一自由层151和第二自由层152可以是铁磁性的。第一自由层151和第二自由层152中的每个可以包括Co、Fe、CoB、FeB、CoFe、CoFeB、CoO、FeO、CoFeO或其组合。

当第一自由层151和第二自由层152中的每个都包括硼原子时，插入层153可以吸引硼原子使得第一自由层151和第二自由层152中的硼原子不会从自由层150逃逸。因此，插入层153可以包括对硼原子的亲合力高于第一自由层151和第二自由层152中的金属原子对硼原子的亲合力的材料。插入层153可以包括例如Mo、W、Ta、Hf、CoFeMo、Mg或其组合。插入层153的厚度可以从约0nm到约1nm。

垂直磁各向异性增强层160可以帮助自由层150的磁化方向平行于垂直方向Z或与垂直方向Z相反。垂直磁各向异性增强层160可以包括金属氧化物，因此可以称为金属氧化物层。金属氧化物中的金属可以包括例如Ta、Mg、Hf、Nb、Zr、Al、锰(Mn)、W、Mo、Co、Fe、Ru或其组合。垂直磁各向异性增强层160可以是非磁性的或磁性的。垂直磁各向异性增强层160可以是结晶的或非晶的。

盖层190可以被配置为在制造磁隧道结100之后的后续工艺中保护磁隧道结100。盖层190可以包括金属或金属氮化物。金属可以包括Ru和Ta。金属氮化物可以包括TiN、TaN、AlN、ZrN、NbN、MoN或其组合。在一些实施方式中，盖层190可以包括多个层。例如，盖层190可以包括包含Ru的第一盖层191和在第一盖层191上并包含Ta的第二盖层192。盖层190可以是磁性的或非磁性的。盖层190可以是结晶的或非晶的。在一些实施方式中，盖层190可以具有HCP结构。

图6是根据发明构思的一些实施方式的包括在磁存储器件10(见图1)中的磁隧道结100a的截面图。在下文中，将描述图5所示的磁隧道结100与图6所示的磁隧道结100a之间的差异。

参照图6，第一极化增强层171a的厚度T2a可以不同于第二极化增强层171b的厚度T4a。例如，第一极化增强层171a的厚度T2a可以小于第二极化增强层171b的厚度T4a。此外，第一间隔物层172a的厚度T1a可以不同于第二间隔物层172b的厚度T3a。例如，第一间隔物层172a的厚度T1a可以小于第二间隔物层172b的厚度T3a。

由于第二极化增强层171b比第一极化增强层171a更靠近隧道势垒层140，所以第二极化增强层171b可以对隧穿电子的极化具有更大的影响。因此，可以通过以大于第一极化增强层171a的厚度T2a的厚度T4a形成第二极化增强层171b来提高第二极化增强层171b的极化性能。然而，由于第二极化增强层171b的厚度大于第一极化增强层171a的厚度，所以第二极化增强层171b的垂直磁各向异性可降低。

图7是根据发明构思的一实施方式的电子设备1000的框图。

参照图7，电子设备1000可以包括存储系统1400。存储系统1400可以包括存储器件1410和存储控制器1420。存储控制器1420可以响应于来自主机1430的读/写请求控制存储器件1410以读取存储在存储器件1410中的数据或将数据写入存储器件1410。存储控制器1420可以构建关于从主机1430(例如，移动设备或计算机系统)提供的地址到存储器件1410的物理地址的地址映射表。存储器件1410可以包括参照图1至图4描述的磁存储器件10，其包括参照图5和图6描述的磁隧道结100和100a。在一些实施方式中，电子设备可以包括笔记本、计算机、平板电脑、手机、可穿戴电子设备或物联网(IoT)电子产品。

虽然已经参考其实施方式具体地示出和描述了发明构思，但是应当理解，在不脱离以下权利要求的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

本申请基于2020年11月16日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0153076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并入本文。