CN116264817A - 磁阻随机存取存储器件 - Google Patents

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Abstract

一种磁阻随机存取存储器件包括：被钉扎层；在被钉扎层上的隧道势垒层；在隧道势垒层上的自由层结构，该自由层结构包括多个磁性层和分别在相邻的磁性层之间的多个金属插入层；以及在自由层结构上的上氧化物层，其中每个金属插入层包括掺有磁性材料的非磁性金属材料，所述多个金属插入层彼此间隔开。

Description

磁阻随机存取存储器件
技术领域
实施方式涉及磁阻随机存取存储(MRAM)器件。
背景技术
电子装置可以具有高速度和低功率，嵌入在电子装置中的存储器件也可以具有快速的读/写操作和低的操作电压。
发明内容
实施方式可以通过提供一种磁阻随机存取存储器件实现，该磁阻随机存取存储器件包括：被钉扎层；在被钉扎层上的隧道势垒层；在隧道势垒层上的自由层结构，该自由层结构包括多个磁性层和分别在所述多个磁性层中的相邻的磁性层之间的多个金属插入层；以及在自由层结构上的上氧化物层，其中所述多个金属插入层中的每个金属插入层包括掺有磁性材料的非磁性金属材料，所述多个金属插入层彼此间隔开。
实施方式可以通过提供一种磁阻随机存取存储器件实现，该磁阻随机存取存储器件包括：被钉扎层；在被钉扎层上的隧道势垒层；在隧道势垒层上的自由层结构；以及在自由层结构上的上氧化物层，其中自由层结构包括第一磁性层、在第一磁性层上的第一金属插入层、在第一金属插入层上的第二磁性层、在第二磁性层上的第二金属插入层以及在第二金属插入层上的第三磁性层，第一金属插入层包括掺有第一磁性材料的第一非磁性金属材料，第二金属插入层包括掺有第二磁性材料的第二非磁性金属材料。
实施方式可以通过提供一种磁阻随机存取存储器件实现，该磁阻随机存取存储器件包括：被钉扎层；在被钉扎层上的隧道势垒层；在隧道势垒层上的自由层结构；以及在自由层结构上的上氧化物层，其中自由层结构包括：具有垂直磁各向异性并包括铁磁材料的第一磁性层；在第一磁性层上的第一金属插入层，该第一金属插入层包括掺有第一磁性材料的第一非磁性金属材料；在第一金属插入层上的第二磁性层，该第二磁性层具有垂直磁各向异性并包括铁磁材料；在第二磁性层上的第二金属插入层，该第二金属插入层包括掺有第二磁性材料的第二非磁性金属材料；以及在第二金属插入层上的第三磁性层，该第三磁性层具有垂直磁各向异性并包括铁磁材料。
附图说明
通过参照附图对示例性实施方式进行详细描述，特征将对于对本领域技术人员变得明显，附图中：
图1是根据示例实施方式的MRAM器件的框图；
图2是根据示例实施方式的MRAM器件的单元阵列的电路图；
图3是根据示例实施方式的MRAM器件的单位存储单元的概念图；
图4是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图；
图5A、图5B和图5C分别是根据示例实施方式的自由层结构的金属插入层中的掺入的磁性材料的分布的剖视图；
图6A和图6B是示出根据示例实施方式的MRAM器件的操作的图；
图7是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图；
图8是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图；
图9是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图；
图10是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图；以及
图11是根据示例实施方式的MRAM器件的剖视图。
具体实施方式
图1是根据示例实施方式的MRAM器件的框图。
参照图1，MRAM器件可以包括单元阵列1、行解码器2、列解码器3、读/写电路4和控制逻辑5。
单元阵列1可以包括多条字线、多条位线和存储单元。存储单元可以分别连接在字线和位线的交叉点处。下面将参照图2描述单元阵列1。
行解码器2可以通过字线连接到单元阵列1。行解码器2可以解码从外部输入的地址，因此所述多条字线中的一条可以被选择。
列解码器3可以通过位线连接到单元阵列1。列解码器3可以解码从外部输入的地址，因此所述多条位线中的一条可以被选择。由列解码器3选择的位线可以连接到读/写电路4。
通过控制逻辑5的控制，读/写电路4可以供应用于存取被选择的存储单元的位线偏压。在一实现方式中，读/写电路4可以向被选择的位线供应位线偏压以用于在被选择的存储单元处写入或读取数据。
控制逻辑5可以根据从外部供应的命令信号输出用于控制MRAM器件的控制信号。从控制逻辑5输出的控制信号可以控制读/写电路4。
图2是根据示例实施方式的MRAM器件的单元阵列的电路图。图3是根据示例实施方式的MRAM器件的单位存储单元的概念图。
参照图2和图3，单元阵列1可以包括多条位线BL、多条字线WL和多个单位存储单元MC。
字线WL可以在第一方向上(例如，纵向地)延伸，位线BL可以在与第一方向交叉的第二方向上(例如，纵向地)延伸。单位存储单元MC可以二维或三维地排列。单位存储单元MC可以分别连接在字线WL和位线BL的交叉点处。在一实现方式中，连接到字线WL的每个单位存储单元MC可以通过位线BL连接到读/写电路(参照图1的4)。
在MRAM器件中，单位存储单元MC可以包括磁隧道结(MTJ)结构100和选择器件200。
MTJ结构100可以连接在位线BL和选择器件200之间，选择器件200可以连接在MTJ结构100和字线WL之间。MTJ结构100可以包括被钉扎层110、隧道势垒层130、自由层结构120和上氧化物层140。下面将更详细地描述MTJ结构100。
在一实现方式中，下电极90可以在MTJ结构100下面(例如，在MTJ结构100的一侧)，上电极190可以在MTJ结构100上(例如，在MTJ结构100的另一侧)。在一实现方式中，被钉扎层110可以在下电极90和隧道势垒层130之间，自由层结构120可以在隧道势垒层130和上电极190之间。
选择器件200可以选择性地控制经过MTJ结构100的电荷的流动。在一实现方式中，选择器件200可以包括二极管、PNP双极晶体管、NPN双极晶体管、NMOSFET(场效应晶体管)或PMOSFET。当选择器件200包括诸如双极晶体管或MOSFET的三端器件时，附加布线可以连接到选择器件200。如这里使用的，术语“或”不是排他性术语，例如，“A或B”将包括A、B、或A和B。
MTJ结构100可以用作可变电阻元件，该可变电阻元件可以根据施加到其的电信号而具有两种电阻状态之一。在一实现方式中，当被钉扎层110的磁化方向和自由层结构120的磁化方向平行时，MTJ结构100可以具有低电阻，该状态可以被称为数据“0”。当被钉扎层110的磁化方向和自由层结构120的磁化方向反平行时，MTJ结构100可以具有高电阻，该状态可以被称为数据“1”。
图4是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图。图5A、图5B和图5C分别是根据示例实施方式的自由层结构的金属插入层中的掺入的磁性材料的分布的剖视图。
参照图4，MTJ结构100可以包括依次堆叠的被钉扎层110、隧道势垒层130、自由层结构120和上氧化物层140。
被钉扎层110可以具有被固定的磁化方向。在一实现方式中，被钉扎层110的磁化方向可以被固定，而与经过被钉扎层110的编程电流无关。被钉扎层110可以具有垂直磁各向异性(PMA)。在一实现方式中，被钉扎层110可以具有在垂直于被钉扎层110的上表面的方向上的易磁化轴。
被钉扎层110可以包括铁磁材料。在一实现方式中，被钉扎层110可以包括例如非晶稀土元素合金、其中铁磁金属(FM)和非磁性金属(NM)交替堆叠的多层、钴合金、或其组合。非晶稀土元素合金可以包括例如TbFe、TbCo、TbFeCo、DyTbFeCo和/或GdTbCo。包括在该多层中的层可以包括例如Co/Pt、Co/Pd、CoCr/Pt、Co/Ru、Co/Os、Co/Au、Ni/Cu和/或类似物。钴合金可以包括例如CoCr、CoPt、CoCrPt、CoCrTa、CoCrPtTa、CoCrNb和/或CoFeB。在一实现方式中，被钉扎层110可以包括CoFeB单层。
隧道势垒层130可以在被钉扎层110和自由层结构120之间。隧道势垒层130可以用作绝缘隧道势垒，用于在被钉扎层110和自由层结构120之间产生量子力学隧穿。
隧道势垒层130可以包括例如镁氧化物(MgO)、铝氧化物(Al2O3)、硅氧化物(SiO2)、钽氧化物(Ta2O5)、硅氮化物(SiN)、铝氮化物(AlN)和/或类似物。在一实现方式中，隧道势垒层130可以包括镁氧化物。
自由层结构120可以包括多个磁性层122a、122b和122c以及在磁性层122a、122b和122c之间的金属插入层124a和124b。在一实现方式中，磁性层和金属插入层可以交替设置在自由层结构120中。金属插入层124a和124b可以包括掺有磁性材料的非磁性金属材料。
一个或多个金属插入层124a和124b可以在自由层结构120中。在一实现方式中，多个金属插入层124a和124b可以在自由层结构120中。在下文，将描述包括两个金属插入层124a和124b的自由层结构120。
在一实现方式中，如图4所示，自由层结构120可以包括依次堆叠的第一磁性层122a、第一金属插入层124a、第二磁性层122b、第二金属插入层124b和第三磁性层122c。
第一磁性层122a和第二磁性层122b可以通过第一金属插入层124a而彼此分隔开。在一实现方式中，第一金属插入层124a可以连续地在第一磁性层122a上。第一金属插入层124a可以覆盖(例如，完全覆盖)第一磁性层122a。
第二磁性层122b和第三磁性层122c可以通过第二金属插入层124b而彼此分隔开。在一实现方式中，第二金属插入层124b可以连续地在第二磁性层122b上。第二金属插入层124b可以覆盖第二磁性层122b。在一实现方式中，自由层结构120可以包括彼此间隔开的多个金属插入层124a和124b。
自由层结构120中包括的第一至第三磁性层122a、122b和122c可以具有垂直磁各向异性(PMA)。第一至第三磁性层122a、122b和122c可以包括铁磁材料。第一至第三磁性层122a、122b和122c可以包括例如铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)和/或类似物。第一至第三磁性层122a、122b和122c可以包括铁磁材料，并且还可以包括例如硼(B)、硅(Si)和/或锆(Zr)。这些材料可以被单独地使用或以两种或更多种的组合来使用。在一实现方式中，第一至第三磁性层122a、122b和122c可以包括复合材料，例如CoFe、NiFe、FeCr、CoFeNi、PtCr、CoCrPt、CoFeB、NiFeSiB和/或CoFeSiB。在一实现方式中，第一至第三磁性层122a、122b和122c可以包括例如CoFeB。
第一金属插入层124a和第二金属插入层124b中包括的非磁性金属材料可以包括例如钼、钨、钽、钌、锆、铌、钇、钪、钒、铬、碲、铪和/或类似物。在一实现方式中，掺入到非磁性金属材料中的磁性材料可以包括例如铁(Fe)、钴(Co)、钆(Gd)和/或镍(Ni)。在一实现方式中，第一金属插入层124a和第二金属插入层124b可以包括例如MoCoFe、WCoFe、TaCoFe和/或类似物。在一实现方式中，第一金属插入层124a和第二金属插入层124b可以包括例如MoCoFe。
金属插入层124a和124b可以被包括在自由层结构120中，并且可以减少自由层结构120在高温(例如约400℃或更高的温度)的性质的劣化。如果执行在400℃或更高温度的高温工艺，氧或晶体材料会从上氧化物层140扩散到包括在自由层结构120中的磁性层122a、122b和122c。在一实现方式中，可以通过金属插入层124a和124b防止氧或晶体材料扩散到磁性层122a和122b中，从而可以减小由氧或晶体材料引起的电阻分布和电流分布。在一实现方式中，彼此间隔开的两个或更多个金属插入层124a和124b可以被包括在自由层结构120中，并且自由层结构120可以具有优异的耐热特性。在一实现方式中，两个或更多个金属插入层124a和124b可以被包括在自由层结构120中，并且可以更有效地防止氧或晶体材料扩散到磁性层122a和122b中。在一实现方式中，电阻分布和电流分布可以被改善(即降低)。
在一实现方式中，自由层结构120中的电子自旋可以通过掺入到金属插入层124a和124b中的磁性材料而被保持和转移，使得在MRAM器件的操作期间，流过自由层结构120的电流可以增加。在一实现方式中，可以降低MRAM器件的切换电流，并且可以改善自旋转移矩(STT)效率。
在一实现方式中，包括在自由层结构120中的金属插入层124a和124b中的每个可以具有约
Figure BDA0003992867700000061
至约/>
Figure BDA0003992867700000062
的厚度。在一实现方式中，第一金属插入层124a和第二金属插入层124b中的每个可以具有约/>
Figure BDA0003992867700000063
至约/>
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的厚度。如果金属插入层124a和124b中的每个具有小于/>
Figure BDA0003992867700000065
的厚度，则可能难以在磁性层上连续地形成金属插入层124a和124b，并且可能难以通过金属插入层124a和124b防止氧或晶体材料的扩散。如果金属插入层124a和124b中的每个具有大于/>
Figure BDA0003992867700000066
的厚度，则在磁性层122a、122b和122c中的一个和金属插入层124a和124b中的与其相邻的一个之间的磁交换耦合可能是困难的。
在一实现方式中，掺入到金属插入层124a和124b中的磁性材料可以具有约5％(即原子％)至约40％(即原子％)的浓度(例如含量)。在一实现方式中，包括在第一金属插入层124a和第二金属插入层124b的每个中的磁性材料可以具有约5％至约40％的浓度。如果包括在金属插入层124a和124b的每个中的磁性材料具有低于5％的浓度，则STT效率的改善效果会降低。如果包括在金属插入层124a和124b的每个中的磁性材料具有高于40％的浓度，则电阻分布和电流分布的改善效果会降低。在一实现方式中，包括在金属插入层124a和124b中的磁性材料可以具有约20％(即原子％)至约40％(即原子％)的浓度。
掺入到金属插入层124a和124b中的磁性材料可以以各种形式排列。
在一实现方式中，如图5A所示，掺入到金属插入层124a和124b中的磁性材料125可以具有在垂直方向上部分地连接的结构。在一实现方式中，掺入的磁性材料125的一部分可以连接到相邻的磁性层122a、122b和122c。由于掺入的磁性材料，可以改善在磁性层122a、122b和122c中的一个和金属插入层124a和124b中的与其相邻的一个之间的磁交换耦合特性。
在一实现方式中，如图5B所示，掺入到金属插入层124a和124b中的磁性材料125可以具有连接到相邻的磁性层122a、122b和122c的结构。在一实现方式中，金属插入层124a和124b可以包括穿透非磁性金属层的磁桥图案。掺入到金属插入层124a和124b中的磁性材料125可以连接到相邻的磁性层。由于掺入的磁性材料125，可以改善在磁性层122a、122b和122c中的一个和金属插入层124a和124b中的与其相邻的一个之间的磁交换耦合特性。
在一实现方式中，如图5C所示，掺入到金属插入层124a和124b中的磁性材料125可以随机分布。
在一实现方式中，包括在自由层结构120中的磁性层122a、122b和122c的厚度之和可以大于包括在自由层结构120中的金属插入层124a和124b的厚度之和。
上氧化物层140可以包括在第三磁性层122c的界面处引起界面磁各向异性(界面PMA)的材料。上氧化物层140可以包括金属氧化物。当上氧化物层140包括金属氧化物时，上氧化物层140中包括的氧原子可以与第三磁性层122c中包括的金属原子结合。在一实现方式中，可以在第三磁性层122c的界面处产生垂直磁各向异性。
上氧化物层140可以包括例如镁氧化物(MgO)、镁铝氧化物(MgAlO)、铪氧化物(HfO)、锆氧化物(ZrO)、铝氧化物(AlO)、钽氧化物(TaO)、铱氧化物(IrO)和/或其组合。
在一实现方式中，上氧化物层140可以具有约
Figure BDA0003992867700000071
至约/>
Figure BDA0003992867700000072
的厚度。
在一实现方式中，自由层结构120可以使用具有多腔室的PVD装置形成。
为了形成自由层结构120，可以交替地执行形成磁性层的工艺和形成金属插入层的工艺。形成磁性层的工艺和形成金属插入层的工艺可以在PVD装置的不同腔室中进行，并可以原位地进行而没有真空破坏。在一实现方式中，可以减少在磁性层和金属插入层之间的缺陷。
形成磁性层122a、122b和122c的工艺可以包括使用包含磁性层的材料的靶的溅射工艺。
形成金属插入层124a和124b的工艺可以包括使用包含金属插入层的材料的靶的溅射工艺。在一实现方式中，用于形成金属插入层124a和124b的靶可以是包括掺有磁性材料的非磁性金属材料的合金靶。在一实现方式中，可以使用用于形成金属插入层124a和124b的多个靶，并且可以一起使用非磁性金属材料的靶和磁性材料的靶。
在一实现方式中，形成自由层结构120的工艺可以在约5℃至约250℃的温度进行。
图6A和图6B是用于说明根据示例实施方式的MRAM器件的操作的图。
写电流可以被施加到MTJ结构100，使得自由层结构120的磁化方向和被钉扎层110的磁化方向可以是平行状态。
在一实现方式中，如图6A所示，在自由层结构120的磁化方向和被钉扎层110的磁化方向反平行的状态下，电子(e-)可以在从被钉扎层110朝向自由层结构120的方向上流动。在一实现方式中，如图6B所示，自由层结构120的磁化方向可以通过由被钉扎层110引起的自旋转移矩STT反转。
在一实现方式中，第一至第三磁性层122a、122b和122c的磁化方向可以通过由被钉扎层110引起的自旋转移矩反转。自旋转移矩可以通过在第一至第三磁性层122a、122b和122c之间的第一金属插入层124a和第二金属插入层124b保持，因此第一至第三磁性层122a、122b和122c的磁化方向可以容易地反转。在一实现方式中，可以降低施加到MTJ结构100的操作电流，并且MRAM器件可以通过低操作电流操作。
在一实现方式中，金属插入层124a和124b可以被包括在自由层结构120中，并且自由层结构120的热稳定性可以被改善。在一实现方式中，在MRAM器件的操作期间，自由层结构120的电阻分布和流过自由层结构120的电流的分布可以减小。
在一实现方式中，上氧化物层140可以在自由层结构120中的第三磁性层122c上，并且自由层结构120可以具有足够的垂直磁各向异性。
在下文，可以描述具有各种堆叠结构的MTJ结构。为了描述的方便，参照图3至图6B描述的部分可以被简要描述或省略。
图7是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图。
参照图7，MTJ结构中的被钉扎层110可以包括下磁性层112、非磁性层114和上磁性层116，用于形成合成反铁磁(SAF)物质。
由于例如RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)相互作用，合成反铁磁(SAF)物质或材料可以具有反铁磁耦合(AFC)特性。在一实现方式中，下磁性层112的磁化方向和上磁性层116的磁化方向可以是反平行的，使得被钉扎层110的总磁化量可以被最小化。下磁性层112和上磁性层116中的每个可以具有被固定的磁化方向。
下磁性层112和上磁性层116可以包括铁磁材料。在一实现方式中，下磁性层112和上磁性层116中的每个可以包括非晶稀土元素合金、其中铁磁金属(FM)和非磁性金属(NM)交替堆叠的多层、钴合金、或其组合。非磁性层114可以在下磁性层112和上磁性层116之间。非磁性层114可以包括例如钌(Ru)、铬(Cr)、铂(Pt)、钯(Pd)、铱(Ir)、铑(Rh)、锇(Os)、铼(Re)、金(Au)、铜(Cu)和/或其组合。
图8是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图。
参照图8，MTJ结构还可以包括在被钉扎层110下面的籽晶层150。
被钉扎层110的垂直磁各向异性可以通过籽晶层150增强。在一实现方式中，被钉扎层110的磁化方向可以被固定。籽晶层150可以包括例如钽(Ta)、钌(Ru)、钛(Ti)、钯(Pd)、铂(Pt)、镁(Mg)、铝(Al)和/或其组合。
图9是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图。
参照图9，极化增强层160可以被进一步包括在隧道势垒层130和自由层结构120之间。极化增强层160可以增加自由层结构120的自旋极化。极化增强层160的磁化方向可以平行于被钉扎层110中的上磁性层116的磁化方向。极化增强层160可以包括铁磁材料。极化增强层160可以包括具有高自旋极化率和低阻尼常数的材料。在一实现方式中，极化增强层160可以包括例如钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)和/或其组合。
图10是根据示例实施方式的MRAM器件中的MTJ结构的剖视图。
参照图10，MRAM器件还可以包括在隧道势垒层130和被钉扎层110之间的非晶层170。非晶层170可以帮助防止构成被钉扎层110的材料的扩散，从而可以保护隧道势垒层130。在一实现方式中，包括在被钉扎层110中的上磁性层116可以包括例如钴(Co)和/或钴(Co)合金的晶体材料，非晶层170可以包括CoFeB非晶材料。
图11是根据示例实施方式的MRAM器件的剖视图。
参照图11，MRAM器件可以包括基板10、选择器件和MTJ结构100。
隔离图案11可以在基板10的沟槽中，基板10可以通过隔离图案11分成有源区和场区。
选择器件可以是MOSFET、二极管或双极晶体管。在一实现方式中，如图11所示，选择器件可以是MOSFET。选择器件可以包括源极区13、漏极区12、栅电极22和栅极绝缘层21。栅电极22可以在一个方向上延伸，并可以用作字线。
第一绝缘夹层20可以在基板10上以覆盖选择器件。第一接触插塞23可以穿过第一绝缘夹层20，并可以电连接到源极区13。此外，第二接触插塞24可以穿过第一绝缘夹层20，并可以电连接到漏极区12。
源极线26可以形成在第一绝缘夹层20和第一接触插塞23上。
第二绝缘夹层30可以形成在第一绝缘夹层20、第二接触插塞24和源极线26上。下电极接触32可以穿过第二绝缘夹层30，并可以电连接到第二接触插塞24。
下电极90、MTJ结构100和上电极190可以在下电极接触32上。在一实现方式中，MTJ结构100可以是参照图3至图10描述的实施方式中的任何一个。
第三绝缘夹层40可以在第二绝缘夹层30上以覆盖下电极90、MTJ结构100和上电极190。上电极接触42可以穿过第三绝缘夹层40，并可以电连接到上电极190。位线50可以在第三绝缘夹层40和上电极接触42上。位线50可以经由例如上电极接触42电连接到MTJ结构100。
通过总结和回顾，存储器件可以是利用自旋转移矩(STT)现象存储数据的STT磁存储器件。STT-MRAM可以具有改善的电阻分布、改善的电流分布和低操作功率。
一个或更多个实施方式可以提供一种自旋转移矩MRAM(STT-MRAM)。
根据示例实施方式的MRAM器件可以用作包括在电子产品(诸如移动装置、存储卡或计算机)中的存储器件。
一个或更多个实施方式可以提供一种具有良好特性的MRAM器件。
在MRAM器件中，可以改善电阻分布和电流分布。此外，在MRAM器件中，可以减小切换电流，并且可以改善STT效率。
这里公开了示例实施方式，并且尽管特定的术语被采用，但是它们仅以一般性和描述性的含义来使用和解释，而不是为了限制的目的。在一些情况下，在本申请提交时对于本领域普通技术人员将是明显的，结合特定实施方式描述的特征、特性和/或元件可以单独地使用，或者与结合其它实施方式描述的特征、特性和/或元件结合地使用，除非另外特别指示。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。
本申请要求于2021年12月13日在韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请第10-2021-0177748号的优先权，该韩国专利申请的内容通过引用整体地结合于此。

Claims (20)

1.一种磁阻随机存取存储器件，包括：
被钉扎层；
在所述被钉扎层上的隧道势垒层；
在所述隧道势垒层上的自由层结构，所述自由层结构包括多个磁性层和分别在所述多个磁性层中的相邻的磁性层之间的多个金属插入层；以及
在所述自由层结构上的上氧化物层，
其中：
所述多个金属插入层中的每个金属插入层包括掺有磁性材料的非磁性金属材料，以及
所述多个金属插入层彼此间隔开。
2.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中所述多个金属插入层中的每个金属插入层具有
Figure FDA0003992867690000011
至/>
Figure FDA0003992867690000012
的厚度。
3.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中包括在所述多个金属插入层中的每个金属插入层中的所述磁性材料具有5％至40％的浓度。
4.根据权利要求3所述的磁阻随机存取存储器件，其中包括在所述多个金属插入层中的每个金属插入层中的所述磁性材料具有20％至40％的浓度。
5.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中掺入到所述多个金属插入层中的每个金属插入层中的所述磁性材料在垂直方向上部分地连接。
6.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中：
掺入到所述多个金属插入层中的每个金属插入层中的所述磁性材料具有在垂直方向上连接的结构，以及
所述磁性材料是垂直地连接到所述多个磁性层中的相邻的磁性层的磁桥图案。
7.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中所述多个金属插入层中的每个金属插入层连续地在所述多个磁性层中的一个磁性层上，使得所述多个磁性层中的相邻的磁性层通过所述多个金属插入层中的一个金属插入层而分隔开。
8.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中包括在所述自由层结构中的所述多个磁性层的厚度之和大于包括在所述自由层结构中的所述多个金属插入层的厚度之和。
9.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器件，其中：
包括在所述多个金属插入层中的每个金属插入层中的所述非磁性金属材料包括钼、钨、钽、钌、锆、铌、钇、钪、钒、铬、碲和/或铪，以及
掺入到所述非磁性金属材料中的所述磁性材料包括铁、钴、钆和/或镍。
10.一种磁阻随机存取存储器件，包括：
被钉扎层；
在所述被钉扎层上的隧道势垒层；
在所述隧道势垒层上的自由层结构；以及
在所述自由层结构上的上氧化物层，
其中所述自由层结构包括：
第一磁性层，
在所述第一磁性层上的第一金属插入层，所述第一金属插入层包括掺有第一磁性材料的第一非磁性金属材料，
在所述第一金属插入层上的第二磁性层，
在所述第二磁性层上的第二金属插入层，所述第二金属插入层包括掺有第二磁性材料的第二非磁性金属材料，以及
在所述第二金属插入层上的第三磁性层。
11.根据权利要求10所述的磁阻随机存取存储器件，其中：
掺入到所述第一金属插入层中的所述第一磁性材料垂直地连接到所述第一磁性层和所述第二磁性层，以及
掺入到所述第二金属插入层中的所述第二磁性材料垂直地连接到所述第二磁性层和所述第三磁性层。
12.根据权利要求10所述的磁阻随机存取存储器件，其中所述第一金属插入层和所述第二金属插入层中的每个具有
Figure FDA0003992867690000021
至/>
Figure FDA0003992867690000022
的厚度。
13.根据权利要求10所述的磁阻随机存取存储器件，其中：
包括在所述第一金属插入层中的所述第一磁性材料具有5％至40％的浓度，以及
包括在所述第二金属插入层中的所述第二磁性材料具有5％至40％的浓度。
14.根据权利要求10所述的磁阻随机存取存储器件，其中：
包括在所述第一金属插入层中的所述第一非磁性金属材料和包括在所述第二金属插入层中的所述第二非磁性金属材料的每个包括钼、钨、钽、钌、锆、铌、钇、钪、钒、铬、碲和/或铪，以及
掺入到所述第一非磁性金属材料中的所述第一磁性材料和掺入到所述第二非磁性金属材料中的所述第二磁性材料的每个包括铁、钴、钆和/或镍。
15.根据权利要求10所述的磁阻随机存取存储器件，其中所述上氧化物层包括镁氧化物、镁铝氧化物、铪氧化物、锆氧化物、铝氧化物、钽氧化物和/或铱氧化物。
16.根据权利要求10所述的磁阻随机存取存储器件，其中所述上氧化物层具有
Figure FDA0003992867690000031
至
Figure FDA0003992867690000032
的厚度。
17.一种磁阻随机存取存储器件，包括：
被钉扎层；
在所述被钉扎层上的隧道势垒层；
在所述隧道势垒层上的自由层结构；以及
在所述自由层结构上的上氧化物层，
其中所述自由层结构包括：
具有垂直磁各向异性并包括铁磁材料的第一磁性层，
在所述第一磁性层上的第一金属插入层，所述第一金属插入层包括掺有第一磁性材料的第一非磁性金属材料，
在所述第一金属插入层上的第二磁性层，所述第二磁性层具有垂直磁各向异性并包括铁磁材料，
在所述第二磁性层上的第二金属插入层，所述第二金属插入层包括掺有第二磁性材料的第二非磁性金属材料，以及
在所述第二金属插入层上的第三磁性层，所述第三磁性层具有垂直磁各向异性并包括铁磁材料。
18.根据权利要求17所述的磁阻随机存取存储器件，其中：
掺入到所述第一金属插入层中的所述第一磁性材料在垂直方向上部分地连接，以及
掺入到所述第二金属插入层中的所述第二磁性材料在所述垂直方向上部分地连接。
19.根据权利要求17所述的磁阻随机存取存储器件，其中：
掺入到所述第一金属插入层中的所述第一磁性材料具有垂直连接的结构，
掺入到所述第二金属插入层中的所述第二磁性材料具有垂直连接的结构，
掺入到所述第一金属插入层中的所述第一磁性材料用作在垂直方向上连接所述第一磁性层和所述第二磁性层的第一磁桥图案，以及
掺入到所述第二金属插入层中的所述第二磁性材料用作在所述垂直方向上连接所述第二磁性层和所述第三磁性层的第二磁桥图案。
20.根据权利要求17所述的磁阻随机存取存储器件，其中所述上氧化物层具有
Figure FDA0003992867690000041
至
Figure FDA0003992867690000042
的厚度。
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