KR101635139B1 - Magnetic memory devices - Google Patents

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KR101635139B1
KR101635139B1 KR1020090093306A KR20090093306A KR101635139B1 KR 101635139 B1 KR101635139 B1 KR 101635139B1 KR 1020090093306 A KR1020090093306 A KR 1020090093306A KR 20090093306 A KR20090093306 A KR 20090093306A KR 101635139 B1 KR101635139 B1 KR 101635139B1
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김우진
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    • G11C11/161Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell

Abstract

자기 메모리 소자가 제공된다. The magnetic memory element. 이 자기 메모리 소자는, 기판 상의 터널 베리어, 터널 베리어의 일 면과 접하는 제1 접합 자성층과 제1 접합 자성층에 의해 터널 베리어와 이격되는 제1 수직 자성층, 터널 베리어의 다른 면과 접하는 제2 접합 자성층과 제2 접합 자성층에 의해 터널 베리어와 이격되는 제2 수직 자성층, 그리고 제1 접합 자성층과 제1 수직 자성층 사이의 비자성층을 포함한다. The magnetic memory element, the second junction magnetic layer in contact with the other surface of the first vertical magnetic layer, a tunnel barrier that is spaced apart from the tunnel barrier by first joining the magnetic layer and the first bonding the magnetic layer in contact with one side of the tunnel barrier, a tunnel barrier on the substrate and the comprises a non-magnetic layer between the two second vertical magnetic layer and a tunnel barrier that is spaced apart by means of bonding the magnetic layer and first magnetic layer and joining the first vertical magnetic layer.
자기 메모리, 자기 접합(magnetic junction), 자기 저항(magnetoresistence) A magnetic memory, a magnetic junction (junction magnetic), a magnetoresistive (magnetoresistence)

Description

자기 메모리 소자{MAGNETIC MEMORY DEVICES} Magnetic memory element {MAGNETIC MEMORY DEVICES}

본 발명은 메모리 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자기 메모리 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a memory device, and more particularly, to a magnetic memory element.

전자 기기의 고속화, 저소비전력화에 따라 이에 내장되는 메모리 소자 역시 빠른 읽기/쓰기 동작, 낮은 동작 전압이 요구되고 있다. Depending on the speed of the electronic apparatus, the power consumption of memory devices incorporated thereto too fast read / write operation, there is a need for a low operating voltage. 이러한 요구를 충족하는 기억 소자로 자기 메모리 소자가 연구되고 있다. A memory device that meets these requirements, the magnetic memory devices are being studied. 자기 메모리 소자는 고속동작 및/또는 비휘발성의 특성을 가질 수 있어 차세대 메모리로 각광받고 있다. The magnetic memory element can have the characteristics of high-speed operation and / or non-volatile is spotlighted as a next-generation memory.

일반적으로 알려진 자기 메모리 소자는 자기터널접합패턴(Magnetic Tunnel Junction pattern:MTJ)을 포함할 수 있다. The magnetic memory device commonly known as a magnetic tunnel junction pattern: may include (Magnetic Tunnel Junction pattern MTJ). 자기터널접합 패턴은 두 개의 자성체와 그 사이에 개재된 절연막에 의해 형성되는 것으로, 두 자성체의 자화 방향에 따라 상기 자기터널접합 패턴의 저항값이 달라질 수 있다. Magnetic tunnel junction pattern is to be formed by an insulating film interposed between the two magnetic bodies and that, the resistance value of the magnetic tunnel junction pattern may vary depending on the magnetization directions of the two magnetic bodies. 구체적으로, 두 자성체의 자화 방향이 반평행할 때 자기터널접합패턴은 큰 저항값을 갖고, 두 자성체의 자화 방향이 평행한 경우 자기터널접합패턴은 작은 저항값을 가질 수 있다. Specifically, the magnetic tunnel junction pattern when the magnetization directions of the two magnetic body half is parallel to the case of having a large resistor value, the magnetization directions of two magnetic material parallel to the magnetic tunnel junction pattern may have a small resistance value. 이러한 저항값의 차이를 이용하여 데이터를 기입/판독할 수 있다. Using the difference in the resistance value can be written / read data.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 신뢰성이 향상된 자기 메모리 소자를 제공하는 것이다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a magnetic memory device having improved reliability.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 자기저항비가 높은 자기 메모리 소자를 제공하는 것이다. A technical problem to be solved by the present invention is to provide a magnetic memory device of high magnetic resistance ratio.

상술한 과제를 해결하기 위한 자기 메모리 소자들이 제공된다. To the magnetic memory element to correct the above problems, it is provided.

본 발명의 제1 실시예들에 따른 자기 메모리 소자는, 기판 상의 터널 베리어, 상기 터널 베리어의 일 면과 접하는 제1 접합 자성층과 상기 제1 접합 자성층에 의해 상기 터널 베리어와 이격되는 제1 수직 자성층, 상기 터널 베리어의 다른 면과 접하는 제2 접합 자성층과 상기 제2 접합 자성층에 의해 상기 터널 베리어와 이격되는 제2 수직 자성층, 및 상기 제1 접합 자성층과 상기 제1 수직 자성층 사이의 비자성층을 포함할 수 있다. The magnetic memory device according to the first embodiment of the invention, the first vertical magnetic layer by a first junction magnetic layer and the first bonding the magnetic layer in contact with one side of the tunnel barrier, the tunnel barrier on the substrate that is spaced apart from the tunnel barrier , including the non-magnetic layer between the second junction magnetic layer in contact with the other side of the tunnel barrier and the second joint by the magnetic layer a second perpendicular magnetic layer that is spaced apart from the tunnel barrier, and the first bonding the magnetic layer to the first vertical magnetic can do.

일 실시예에서, 상기 자기 메모리 소자의 동작시, 상기 제1 수직 자성층과 상기 제2 수직 자성층의 자화방향은 상기 기판 평면에 수직할 수 있다. In one embodiment, the magnetic memory elements during the operation, the first magnetization direction of the perpendicular magnetic layer and the second vertical magnetic layers may be perpendicular to the substrate plane.

일 실시예에서, 상기 제2 접합 자성층과 상기 제2 수직 자성층 사이의 다른 비자성층을 더 개재될 수 있다. In one embodiment, the other non-magnetic layer between the second magnetic layer bonded to the second vertical magnetic layer may be further disposed.

일 실시예에서, 상기 제1 접합 자성층 및/또는 제2 접합 자성층은 제1 결정구조를 갖고, 상기 제1 수직 자성층 및/또는 제2 수직 자성층은 상기 제1 결정구조와 상이한 제2 결정구조를 가질 수 있다. In one embodiment, the first junction magnetic layer and / or the second junction magnetic layer is the first to have a crystal structure, the first vertical magnetic layer and / or the second vertical magnetic layer is the first crystal structure and different from the first crystal structure It may have.

일 실시예에서, 상기 터널 베리어와 상기 제1 접합 자성층 사이의 계면에서의 상기 터널 베리어의 결정면은 상기 계면에서의 상기 제1 접합 자성층의 결정면과 동일할 수 있다. In one embodiment, the crystal plane of the interface between the tunnel barrier in between the tunnel barrier and the first magnetic layer is bonded may be the same as the first crystal plane of the magnetic layer of the junction at the interface. 상기 제1 결정구조는 NaCl형 결정구조 또는 BCC 결정구조이고, 상기 결정면들은 <001> 결정면일 수 있다. The first crystal structure is NaCl-type crystal structure or a BCC crystal structure, the crystal plane may be a <001> crystal plane.

일 실시예에서, 상기 제2 결정구조는 L10 결정구조, FCC 결정구조 또는 조밀육방격자일 수 있다. In one embodiment, the second determining structure may be L10 crystal structure, crystal structure or the FCC dense hexagonal lattice.

일 실시예에서, 상기 제1 수직 자성층 및/또는 상기 제2 수직 자성층은 RE-TM합금을 포함할 수 있다. In one embodiment, the first vertical magnetic layer and / or the second vertical magnetic layer may include a RE-TM alloy.

일 실시예에서, 상기 제1 수직 자성층 및/또는 상기 제2 수직 자성층은 교대로 복수회 적층된 비자성 금속층들 및 강자성 금속층들을 포함하되, 상기 강자성 금속층들은 1 내지 수 원자개의 두께를 가질 수 있다. In one embodiment, the first vertical magnetic layer and / or the second vertical magnetic layer comprising a plurality of times stacking the non-magnetic metal layer and the ferromagnetic metal layer in turn, wherein the ferromagnetic metal layer may have from 1 to the number of atoms of a thickness .

일 실시예에서, 상기 제1 접합 자성층 및/또는 상기 제2 접합 자성층은 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금 자성물질을 포함하되, 상기 합금 자성물질은 비자성 원소를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the first junction magnetic layer and / or the second junction magnetic layer comprising an alloy magnetic material comprising a cobalt (Co), iron (Fe) and nickel (Ni) of the selected at least, the alloy magnetic material may further include a non-magnetic elements.

일 실시예에서, 상기 비자성층은 2 내지 20Å의 두께를 가질 수 있다. In one embodiment, the non-magnetic layer may have a thickness of from 2 to 20Å.

일 실시예에서, 상기 비자성층은 비자성 금속 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. In one embodiment, the non-magnetic layer may include at least selected one of the non-magnetic metal. 상기 비자성 금속은 비자성 전이 금속 중 선택된 적어도 하나일 수 있다. The non-magnetic metal may be a non-magnetic transition at least a selected one of metal.

일 실시예에서, 상기 제1 수직 자성층 및 상기 제1 접합 자성층은 상기 비자성층에 의해 교환결합될 수 있다. In one embodiment, the first vertical magnetic layer and said first magnetic layer is bonded may be bonded exchange by the non-magnetic layer.

일 실시예에서, 상기 비자성층은 상기 비자성층의 상부면 및/또는 하부면과 접하는 금속 화합물층을 더 포함하되, 상기 금속 화합물층은 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. In one embodiment, the non-magnetic layer further includes a metal compound layer in contact with the upper and / or lower surface of the non-magnetic layer, the metal compound layer includes at least a selected one of metal oxide, metal nitride, and metal oxynitride have.

본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 메모리 소자는, 기판 상의 터널 베리어,상기 터널 베리어의 일 면과 접하되 상기 기판 평면과 평행한 평면을 갖는 자유 자성층, 및 상기 터널 베리어의 다른 면과 접하되 상기 기판 평면과 평행한 평면을 갖는 기준 자성층을 포함한다. The magnetic memory device according to a second embodiment of the present invention, the tunnel on the substrate a barrier, but in contact with one surface of the tunnel barrier free magnetic layer having a plane parallel to the substrate plane, and a, but in contact with the other side of the tunnel barrier It includes a reference magnetic layer having a plane parallel to the substrate plane. 상기 자유 자성층 및 상기 기준 자성층은 철(Fe)을 포함하고, 상기 자유 자성층의 철(Fe)의 함량은 상기 기준 자성층의 철(Fe)의 함량보다 크거나 같을 수 있다. The free magnetic layer and the reference magnetic layer contains iron (Fe), and the content of iron (Fe) of the free magnetic layer may be greater than or equal to the content of iron (Fe) of the reference magnetic layer.

일 실시예에서, 상기 자유 자성층 내의 상기 철(Fe)의 함량은 40 내지 60 at. In one embodiment, the amount of the iron (Fe) in the free magnetic layer is 40 to 60 at. %일 수 있다. % Can be.

일 실시예에서, 상기 자유 자성층 및/또는 상기 기준 자성층은 Co 및 Ni 중 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the free magnetic layer and / or the reference magnetic layer may further include at least one selected from Co and Ni.

일 실시예에서, 상기 자유 자성층 및/또는 상기 기준 자성층은 비자성 원소를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the free magnetic layer and / or the reference magnetic layer may further comprise a non-magnetic element.

일 실시예에서, 상기 자기 메모리 소자의 구동시, 상기 자유 자성층 및 상기 기준 자성층은 상기 기판 평면에 수직한 자화방향들을 가질 수 있다. In one embodiment, the subject during operation of the memory device, the free magnetic layer and the reference magnetic layer may have a magnetization direction perpendicular to the substrate plane.

일 실시예에서, 상기 자기 메모리 소자의 구동시, 상기 자유 자성층 및 상기 기준 자성층은 상기 기판 평면에 평행한 자화방향들을 가질 수 있다. In one embodiment, the subject during operation of the memory device, the free magnetic layer and the reference magnetic layer may have a magnetization direction parallel to the substrate plane.

본 발명의 실시예들에 따르면, 수직 자성층과 접합 자성층 사이에 비자성층이 개재되어 상기 접합 자성층을 포함하는 자기터널접합의 자기저항비 및 수직 자화특성이 향상될 수 있다. According to embodiments of the present invention can be a non-magnetic layer is interposed between the vertical magnetic layer and magnetic layer bonded be improved MR ratio and the perpendicular magnetic properties of the magnetic tunnel junction, including the junction magnetic layer. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 서로 다른 철 함량을 갖는 자유 자성층 및 기준 자성층에 의해 소자 구동시 스위칭 특성이 개선될 수 있다. Further, according to embodiments of the present invention, each other can be improved switching characteristics when the device driven by the free magnetic layer and reference magnetic layer having different iron contents. 이에 따라, 자기 메모리 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다. Accordingly, the reliability of the magnetic memory device can be improved.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 소자 및 그 형성방법이 설명된다. With reference to the drawings accompanying this magnetic memory device and a method according to embodiments of the present invention it is described. 설명되는 실시예들은 본 발명의 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. The illustrated embodiment are provided by the features of the present invention to enable those skilled in the art can readily appreciate, does the present invention is not limited. 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 다른 형태로 변형될 수 있다. Embodiments of the invention may be modified in other forms within the spirit and scope of the invention. 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. In this specification, "and / or" it is used to mean including at least one of the listed elements before and after. 본 명세서에서 일 구성요소가 다른 구성요소 '상에' 위치한다는 것은 일 구성요소 상에 다른 구성요소가 직접 위치한다는 의미는 물론, 상기 일 구성요소 상에 제3 의 구성요소가 더 위치할 수 있다는 의미도 포함한다. That is one component in this specification the other components is that, in the "position means that the different components are directly located on one component, as well as the one component onto a component of the third can further position also it includes the meaning. 본 명세서 각 구성요소 또는 부분 등을 제1, 제2 등의 표현을 사용하여 지칭하였으나, 이는 명확한 설명을 위해 사용된 표현으로 이에 의해 한정되지 않는다. Although it referred to herein, such as the components or parts using a representation of a first, second, etc., which do not is not limited to the representation used for the sake of clarity. 도면에 표현된 구성요소들의 두께 및 상대적인 두께는 본 발명의 실시예들을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다. The thickness and relative thickness of the components represented in the figures may be exaggerated in order to show clearly the embodiments of the invention. 또한, 본 명세서의 상부 및 하부 등 위 치에 관련된 표현들은 설명의 명확함을 위한 상대적인 표현들로 절대적인 구성요소들간의 위치를 한정하는 것은 아니다. In addition, the expression associated with the position, etc. of the specification the top and bottom are not intended to limit the positions between absolute component with a relative expression for the sake of clarity of illustration. 동일한 구성요소에는 동일한 도면 부호를 사용하였다. The same components were used in the same reference numerals.

(제1 실시예 및 그의 변형예들) (First embodiment and the variations thereof, for example)

도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 메모리 소자가 설명된다. Referring to Fig. 1, a magnetic memory device according to a first embodiment of the present invention is described. 기판(100) 상에 하부 전극(110)이 배치된다. The lower electrode 110 is disposed on the substrate 100. 상기 기판(100)은 반도체 기반의 반도체 기판일 수 있다. The substrate 100 may be a semiconductor-based semiconductor substrate. 상기 기판(100)은 도전 영역 및/또는 절연 영역을 포함할 수 있다. The substrate 100 may include a conductive region and / or insulating region. 상기 하부 전극(110)은 상기 기판(100)의 상기 도전 영역과 전기적으로 연결될 수 있다. The lower electrode 110 may be connected to the electrically conductive regions and the substrate 100. 상기 하부 전극(110)은 상기 기판(100) 상 및/또는 상기 기판(100) 내에 배치될 수 있다. The lower electrode 110 may be disposed within the substrate 100 a and / or the substrate 100. 상기 하부 전극(110)은 라인형, 섬형 및 평판형 중에서 선택된 어느 하나의 형태일 수 있다. The lower electrode 110 may be any one form selected from the group consisting of line-shaped, island-like and plate-like.

상기 하부 전극(110) 상에 제1 수직 자성층(123)이 배치될 수 있다. The first vertical magnetic layer 123 on the lower electrode 110 may be disposed. 일 실시예에서, 상기 제1 수직 자성층(123)은 교대로 적층된 비자성층들(121)과 강자성층들(122)을 포함할 수 있다. In one embodiment, the first vertical magnetic layer 123 may comprise a non-magnetic layer laminated alternately in 121 and the ferromagnetic layer 122. 상기 강자성층들(122)은 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 비자성층들(121)은 크롬(Cr), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 레늄(Re), 금(Au), 및 구리(Cu) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The ferromagnetic layer 122 is iron (Fe), cobalt (Co), and nickel, and may include at least one selected one of (Ni), said non-magnetic layer 121 may be chromium (Cr), platinum (Pt), palladium may include (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), osmium (Os), rhenium (Re), gold, at least a selected one of (Au), and copper (Cu). 예를 들어, 상기 제1 수직 자성층(123)은 [Co/Pt]m, [Co/Pd]m, [Ni/Pt]m(m은 각 층의 적층 횟수로, 2 이상의 자연수) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. For example, the first vertical magnetic layer 123 is [Co / Pt] m, [Co / Pd] m, [Ni / Pt] m (m is a stacked number of the layers, the two or more natural number) or a It may include combinations. 일 실시예에서, 상 기 비자성층들(121) 및 강자성층들(122)은 각각 2 내지 20회 적층될 수 있다. In one embodiment, the group of the non-magnetic layer 121 and ferromagnetic layer 122 may be laminated 2 to 20 times, respectively. 상기 제1 수직 자성층(123)은 상기 기판(100) 및 상기 제1 수직 자성층(123)의 평면들에 수직한 방향으로 전류가 흐르는 경우, 상기 전류과 평행한 방향의 자화방향들을 갖도록 구성될 수 있다(configured). The first vertical magnetic layer 123 may be cases in which a current flows, so as to have said jeonryugwa magnetization directions of the direction parallel configuration in a direction perpendicular to the plane of the substrate 100 and the first vertical magnetic layer 123 (configured). 이를 위해, 상기 강자성층들(122)은 1개 내지 수개의 원자층의 두께로 얇게 형성될 수 있다. For this purpose, the ferromagnetic layer 122 can be formed thin with a thickness of one to several atomic layers.

상기 제1 수직 자성층(123) 상에 제1 비자성층(130)이 배치된다. A first non-magnetic layer 130 on the first vertical magnetic layer 123 is disposed. 상기 제1 비자성층(130)은 얇은 두께로 형성될 수 있다. The first non-magnetic layer 130 may be formed to a small thickness. 예를 들어, 상기 제1 비자성층(130)은 2 내지 20Å의 두께로 형성될 수 있다. For example, the first non-magnetic layer 130 may be formed to a thickness of from 2 to 20Å. 상기 제1 비자성층(130)은 텍스쳐(texture)를 갖지 않을 수 있다. The first non-magnetic layer 130 may not have the texture (texture). 예를 들어, 상기 제1 비자성층(130)은 상기 제1 수직 자성층(123) 상에 균일하게 형성되되, 상기 얇은 두께에 의해 텍스쳐를 갖지 않을 수 있다. For example, the first non-magnetic layer 130 may be formed uniformly on the first vertical magnetic layer 123, may not have the texture by the thin wall.

상기 제1 비자성층(130)은 비자성 전이 금속을 포함하는 비자성 금속원소 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first non-magnetic layer 130 may include at least selected one of the non-magnetic metal element for the non-magnetic transition comprising a metal. 예를 들어, 상기 제1 비자성층(130)은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 아연(Zn), 탄탈륨(Ta), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 텅스텐(W), 니오브덴(Nb), 지르코늄(Zr), 이트늄(Y) 및 하프늄(Hf) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the first non-magnetic layer 130 of magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), ruthenium (Ru), copper (Cu), zinc (Zn), tantalum ( Ta), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten (W), niobium den (Nb), zirconium (Zr), may include at least selected one of the teunyum (Y) and hafnium (Hf).

일 실시예에서, 상기 제1 비자성층(130)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. In one embodiment, the first non-magnetic layer 130 may be formed from a plurality of layers. 예를 들어, 상기 제1 비자성층(130)은 상기 수직 자성층(123) 상에 차례로 적층된 제1 하부 금속 화합물층(133), 제1 비자성 금속층(136) 및 제1 상부 금속 화합물 층(139)을 포함할 수 있다. For example, the first non-magnetic layer 130 is the first lower metal compound layer 133 is in turn stacked on the perpendicular magnetic layer 123, a first non-magnetic metal layer 136 and the first upper metal compound layer (139 ) can include. 도시된 바와 달리, 상기 제1 비자성층(130)은 상기 수직 자성층(123) 상에 차례로 적층된 금속 화합물층/비자성 금속층 또는 비자성 금속층/금속 화합물층을 포함할 수 있다. Otherwise shown, the first non-magnetic layer 130 may include a metallic compound layer / non-magnetic metal layer or non-magnetic metal layer / a metal compound layer are sequentially stacked on the perpendicular magnetic layer (123). 상기 제1 비자성층(136)은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 아연(Zn), 탄탈륨(Ta), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 텅스텐(W), 니오브덴(Nb), 지르코늄(Zr), 이트늄(Y) 및 하프늄(Hf) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first non-magnetic layer 136 of magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), ruthenium (Ru), copper (Cu), zinc (Zn), tantalum (Ta), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten (W), niobium den (Nb), zirconium (Zr), of the teunyum (Y) and hafnium (Hf) these may include at least one. 상기 제1 하부 및 상부 금속 화합물층들(133, 139)은 금속산화물, 금속질화물, 금속산화질화물 또는 이들의 조합일 수 있다. The first lower and upper metal compound layer (133, 139) may be a metal oxide, metal nitride, metal oxynitride, or a combination thereof. 예를 들어, 상기 금속 화합물층은 상기 금속층의 화합물일 수 있다. For example, the metal compound may be a compound of the metal. 이와 달리, 상기 제1 비자성층(130)은 단일 또는 복수의 금속층만을 포함할 수도 있다. Alternatively, the first non-magnetic layer 130 may comprise only a single or a plurality of metal layers. 상기 제1 및 상부 금속 화합물층들(133, 139)에 의해 상기 제1 비자성 금속층(136) 내의 금속 원자들이 인접한 다른 층으로 확산되는 것이 방지될 수 있다. The first and may be by the upper metal compound layer (133, 139) is prevented from diffusing into the other layer adjacent to the metal atoms in the first non-magnetic metal layer (136).

상기 제1 비자성층(130) 상에 제1 접합 자성층(141)이 배치될 수 있다. The second may be the first magnetic junction (141) disposed on the first non-magnetic layer (130). 상기 제1 접합 자성층(141)은 연자성 물질(soft magnetic material)을 포함할 수 있다. The first junction magnetic layer 141 may comprise a soft magnetic material (soft magnetic material). 또한, 상기 제1 접합 자성층(141)은 낮은 댐핑 상수(damping constant) 및 높은 스핀 분극률(spin polarization ratio)을 가질 수 있다. Also, the first magnetic junction (141) may have a low damping constant (damping constant) and the high-spin-polarizability (spin polarization ratio). 예를 들어, 상기 제1 접합 자성층(141)은 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the first junction magnetic layer 141 may include at least one selected from cobalt (Co), iron (Fe) and nickel (Ni). 상기 제1 접합 자성층(141)은 예를 들어, 코발트(Co), 철(Fe), 및 니켈(Ni) 원자들을 포함할 수 있다. The first junction magnetic layer 141 may be, for example, comprise cobalt (Co), iron (Fe), and nickel (Ni) atoms. 상기 제1 접합 자성층(141) 붕소(B), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하는 비자성 물질 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. The first junction magnetic layer 141, a boron (B), zinc (Zn), aluminum (Al), titanium (Ti), ruthenium (Ru), tantalum (Ta), silicon (Si), silver (Ag), gold ( Au), copper (may further include at least one of a non-magnetic material comprising Cu), carbon (C) and nitrogen (N). 구체적으로, 상기 제1 접합 자성층(141)은 CoFe 또는 NiFe를 포함하되, 붕소(B)를 더 포함할 수 있다. Specifically, the first magnetic junction (141) include, but CoFe or NiFe, may further comprise a boron (B). 이에 더하여 상기 제1 접합 자성층(141)의 포화 자화량을 낮추기 위해, 상기 제1 접합 자성층(141)은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 탄탈륨(Ta) 및 실리콘(Si) 중에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. In addition, to lower the saturation magnetization amount of said first junction magnetic layer 141, the first junction magnetic layer 141 is Titanium (Ti), aluminum (Al), silicon (Si), magnesium (Mg), tantalum (Ta ) and at least one selected from silicon (Si) may be further included.

상기 제1 접합 자성층(141)과 상기 제1 수직 자성층(123) 사이의 상기 제1 비자성층(130)에 의해 이들을 포함하는 자기 메모리 셀의 수직 자기 이방성이 향상될 수 있다. The first can be improved magnetic anisotropy of the perpendicular magnetic memory cells comprising the same by the first magnetic junction 141 and the first nonmagnetic layer 130 between the first vertical magnetic layer 123. 예를 들어, 상기 제1 비자성층(130)에 의해 상기 제1 접합 자성층(141)은 상기 제1 수직 자성층(123)과 반강자성적으로 또는 강자성적으로 강하게 교환결합될 수 있다. For example, by the first non-magnetic layer 130, the first magnetic junction 141 may be coupled to the first vertical magnetic layer 123 and the strongly antiferromagnetically exchange or strong grade. 상기 제1 수직 자성층(123)은 높은 수직 자기 이방성을 가지므로, 상기 제1 수직 자성층(123)과 교환결합된 상기 제1 접합 자성층(141)의 수직 자기 이방성 역시 향상될 수 있다. The first vertical magnetic layer 123 can be improved also in the perpendicular magnetic anisotropy because of a high perpendicular magnetic anisotropy, the first vertical magnetic layer 123 and the exchange coupling with the first magnetic junction (141). 본 명세서에서 수직 자기 이방성은 상기 기판(100) 평면에 수직한 방향으로 자화되려는 성질로 정의된다. Perpendicular magnetic anisotropy herein, is defined as a property to become magnetized in a direction perpendicular to the substrate 100 is flat.

또한, 상기 제1 비자성층(130)에 의해, 상기 제1 접합 자성층(141)의 결정구조는 상기 제1 수직 자성층(123)의 결정구조와 상이한 결정구조를 가질 수 있다. Further, by the first non-magnetic layer 130, the crystal structure of the first magnetic junction 141 may have a crystal structure different from the crystal structure of the first vertical magnetic layer 123. 이에 따라, 상기 자기터널접합의 자기 저항비는 보다 향상될 수 있다. Accordingly, it can be improved more the MR ratio of the magnetic tunnel junction is. 이에 대한 상세한 설명은 후술할 제1 접합 자성층(141)의 형성방법에 포함된다. And the detailed description are included in the method of forming the first magnetic junction 141 which will be described later.

상기 제1 접합 자성층(141) 상에 터널 베리어(145)가 배치될 수 있다. The first can be a tunnel barrier (145) disposed on the first magnetic junction (141). 상기 터널 베리어(145)는 스핀 확산 길이(spin diffusion distance)보다 얇은 두께를 가 질 수 있다. The tunnel barrier 145 may be a thickness thinner than the spin diffusion length (spin diffusion distance). 상기 터널 베리어(145)는 비자성 물질을 포함할 수 있다. The tunnel barrier 145 may comprise a non-magnetic material. 일 실시예에서, 상기 터널 베리어(145)는 절연 물질막일 수 있다. In one embodiment, the tunnel barrier 145 may makil insulating material. 예를 들어, 상기 터널 베리어(145)는 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 마그네슘-아연(MgZn) 및 마그네슘-붕소(MgB)의 산화물, 및 티타늄(Ti) 및 바나듐(V)의 질화물 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the tunnel barrier 145 is magnesium (Mg), titanium (Ti), aluminum (Al), magnesium-zinc (MgZn) and Mg-oxide of boron (MgB), and titanium (Ti) and vanadium ( selected one of a nitride of V) may include at least one. 예를 들어, 상기 터널 베리어(145)는 산화마그네슘(MgO)막일 수 있다. For example, the tunnel barrier 145 may magnesium (MgO) makil oxide. 이와 달리, 상기 터널 베리어(145)는 복수의 층들을 포함할 수 있다. Alternatively, the tunnel barrier 145 may comprise a plurality of layers. 예를 들어, 상기 터널 베리어(145)는 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 마그네슘-아연(MgZn) 및 마그네슘-붕소(MgB)의 산화물, 및 티타늄(Ti) 및 바나듐(V)의 질화물 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the tunnel barrier 145 is magnesium (Mg), titanium (Ti), aluminum (Al), magnesium-zinc (MgZn) and Mg-oxide of boron (MgB), and titanium (Ti) and vanadium ( selected one of a nitride of V) may include at least one. 예를 들어, 상기 터널 베리어(145)는 산화마그네슘(MgO)막일 수 있다. For example, the tunnel barrier 145 may magnesium (MgO) makil oxide.

상기 터널 베리어(145)와 상기 제1 접합 자성층(141)은 유사한 결정구조를 가질 수 있다. The tunnel barrier 145, and the first junction magnetic layer 141 may have a similar crystal structure. 예를 들어, 상기 제1 접합 자성층(141)은 체심입방(BCC) 구조를 가진 자성물질 또는 비자성 원소를 포함하는 체심입방구조를 갖는 자성물질을 포함할 수 있다. For example, the first junction magnetic layer 141 may comprise a magnetic material having a body-centered cubic structure comprising a magnetic material or a nonmagnetic element having a body-centered cubic (BCC) structure. 상기 제1 접합 자성층(141)이 비자성 원소를 포함하는 경우, 상기 자성물질은 비정질화될 수 있다. When the first magnetic junction (141) comprises a non-magnetic element, the magnetic material may be amorphous. 상기 터널 베리어(145) 및 상기 제1 접합 자성층(141)는 각각 NaCl형 결정 구조 및 체심입방구조를 갖되, 상기 터널 베리어(145)의 <001> 결정면과 상기 제1 접합 자성층(141)의 <001>결정면이 서로 접하여 계면을 이룰 수 있다. Of the tunnel barrier 145, and the first junction magnetic layer 141 are <001> crystal plane, and the first junction magnetic layer 141 of the NaCl-type crystal structure and a body-centered gatdoe a cubic structure, the tunnel barrier 145, each < 001> crystal plane which can achieve the interface in contact with each other. 이에 의해, 터널 베리어(145)와 상기 제1 접합 자성층(141)을 포함하는 자기터널접합의 자기 저항비가 향상될 수 있다. Thus, the tunnel barrier of the magnetic resistance (145) and a magnetic tunnel junction comprising a first junction magnetic layer 141, the ratio can be improved.

상기 터널 베리어(145) 상에 제2 접합 자성층(149)이 배치될 수 있다. On the tunnel barrier 145 may be the second bond the magnetic layer 149 is disposed. 상기 제2 접합 자성층(149)은 연자성 물질을 포함할 수 있다. The second magnetic junction 149 may comprise a soft magnetic material. 예를 들어, 상기 제2 접합 자성층(149)은 코발트(Co), 철(Fe), 및 니켈(Ni) 원자들을 포함하되 상기 원자들의 함량들은 상기 제2 접합 자성층(149)의 포화자화량이 낮아지도록 결정될 수 있다. For example, the amount of saturation magnetization of the second junction magnetic layer 149 is cobalt (Co), iron (Fe), and nickel (Ni) comprising atoms content of the atoms and the second junction magnetic layer 149 is low, so it can be determined. 상기 제2 접합 자성층(149)은 낮은 댐핑 상수 및 높은 스핀 분극률을 가질 수 있다. The second magnetic junction (149) may have a low damping constant and a high-spin-polarizability. 이를 위해, 상기 제2 접합 자성층(149)은 붕소(B), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하는 비자성 물질 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. To this end, the second junction magnetic layer 149 is a boron (B), zinc (Zn), aluminum (Al), titanium (Ti), ruthenium (Ru), tantalum (Ta), silicon (Si), silver (Ag ), gold (Au), copper (at least one of a non-magnetic material comprising Cu), carbon (C) and nitrogen (N) may be further included. 예를 들어, 상기 제2 접합 자성층(149)은 CoFe 또는 NiFe를 포함하되, 붕소를 더 포함할 수 있다. For example, the second magnetic junction (149) include, but CoFe or NiFe, may further contain boron. 이에 더하여 상기 제2 접합 자성층(149)은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 및 탄탈륨(Ta)을 포함하는 비자성 원소 중에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. In addition, the second junction magnetic layer 149 may further include at least one selected from a non-magnetic element including a titanium (Ti), aluminum (Al), silicon (Si), magnesium (Mg) and tantalum (Ta) have. 상기 선택된 비자성 원소의 상기 제2 접합 자성층(149) 내의 함량은 1 내지 15 at.%일 수 있다. The content in the second magnetic junction (149) of the selected non-magnetic elements may be 1 to 15 at.%. 상기 제2 접합 자성층(149)이 자기 메모리 셀의 자유층으로 사용되는 경우, 상기 제2 접합 자성층(149)의 포화 자화량은 상기 제1 접합 자성층(141)의 포화 자화량보다 낮게 조절될 수 있다. The second junction magnetic layer 149 in this case is used as the free layer of the magnetic memory cell, it said second junction saturation magnetization amount of the magnetic layer 149 may be less control than the saturation magnetization amount of said first junction magnetic layer 141 have.

상기 제2 접합 자성층(149)과 상기 터널 베리어(145)는 유사한 결정구조를 가질 수 있다. The second magnetic junction (149) with the tunnel barrier 145 may have a similar crystal structure. 예를 들어, 상기 터널 베리어(145) 및 상기 제2 접합 자성층(149)는 각각 NaCl형 결정 구조 및 체심입방구조를 갖되, 상기 터널 베리어(145)의 <001> 결정면과 상기 제2 접합 자성층(149)의 <001>결정면이 서로 접하여 계면을 이룰 수 있다. For example, the <001> crystallographic plane and the second junction magnetic layer of the tunnel barrier 145 and the second junction magnetic layer 149 is gatdoe a NaCl-type crystal structure and a body-centered cubic structure, respectively, wherein the tunnel barrier (145) ( 149) <001> crystal plane can be achieved is the interfacial contact with each other. 이에 의해, 상기 제2 접합 자성층(149)과 상기 터널 베리어(145)를 포함하는 자기터널접합의 자기저항비가 향상될 수 있다. As a result, the first magnetic layer may be 2 improved joint 149, and the magnetic resistance ratio of the magnetic tunnel junction including the tunnel barrier (145).

일 실시예에서, 상기 제2 접합 자성층(149) 내에 포함된 강자성 원자의 함량은 상기 제1 접합 자성층(141) 내에 포함된 강자성 원자의 함량과 상이할 수 있다. In one embodiment, wherein the content of the ferromagnetic atom contained in the second magnetic junction (149) may be different from the content of the ferromagnetic atoms contained in the first magnetic junction (141). 예를 들어, 상기 제1 및 제2 접합 자성층(149)은 코발트(Co) 및 니켈(Ni)중 선택된 적어도 하나와 철(Fe)을 포함하되, 상기 제2 접합 자성층(149) 내의 철(Fe)의 함량이 상기 제1 접합 자성층(141) 내의 철(Fe)의 함량보다 높거나 적어도 같을 수 있다. For example, iron in the first and second junction magnetic layer 149 include, but with at least one of iron (Fe) selected from cobalt (Co) and nickel (Ni), said second junction magnetic layer 149 (Fe ) content is higher than the content of iron (Fe) in the first magnetic junction 141 or may at least be the same. 이 경우, 상기 제2 접합 자성층(149)은 자유층으로 작용할 수 있다. In this case, the second magnetic junction 149 may act as a free layer.

상기 제2 접합 자성층(149) 상에 제2 비자성층(150)이 배치될 수 있다. The first may be the second non-magnetic layer 150 is disposed on the second magnetic junction (149). 상기 제2 비자성층(150)은 얇은 두께로 형성될 수 있다. The second non-magnetic layer 150 may be formed to a small thickness. 예를 들어, 상기 제2 비자성층(150)은 2 내지 20Å의 두께로 형성될 수 있다. For example, the second non-magnetic layer 150 may be formed to a thickness of from 2 to 20Å. 상기 제2 비자성층(150)은 텍스쳐를 갖지 않을 수 있다. The second non-magnetic layer 150 may not have the texture. 예를 들어, 상기 제2 비자성층(150)은 상기 제2 접합 자성층(149) 상에 균일하게 형성되되, 상기 얇은 두께에 의해 텍스쳐를 갖지 않을 수 있다. For example, the second non-magnetic layer 150 may be formed uniformly on the second junction magnetic layer 149, may not have the texture by the thin wall.

상기 제2 비자성층(150)은 비자성 전이 금속을 포함하는 비자성 금속원소 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The second non-magnetic layer 150 may include at least selected one of the non-magnetic metal element for the non-magnetic transition comprising a metal. 예를 들어, 상기 제2 비자성층(150)은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 아연(Zn), 탄탈륨(Ta), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 텅스텐(W), 니오브덴(Nb), 지르코늄(Zr), 이트늄(Y) 및 하프늄(Hf) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the second non-magnetic layer 150 of magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), ruthenium (Ru), copper (Cu), zinc (Zn), tantalum ( Ta), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten (W), niobium den (Nb), zirconium (Zr), may include at least selected one of the teunyum (Y) and hafnium (Hf).

일 실시예에서, 상기 제2 비자성층(150)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. In one embodiment, the second non-magnetic layer 150 may be formed from a plurality of layers. 예를 들어, 상기 제2 비자성층(150)은 상기 제2 접합 자성층(149) 상에 차례로 적층된 제2 하부 금속 화합물층(153), 제2 비자성 금속층(156) 및 제2 상부 금속 화합물층(159)을 포함할 수 있다. For example, the second non-magnetic layer 150 and the second bonding the magnetic layer (149) onto the sequentially laminated on the second lower metal compound layer 153, a second non-magnetic metal layer 156 and the second upper metal compound layer ( 159) may include. 도시된 바와 달리, 상기 제2 비자성층(150)은 상기 제2 접합 자성층(149) 상에 차례로 적층된 금속 화합물층/비자성 금속층 또는 비자성 금속층/금속 화합물층을 포함할 수 있다. Otherwise shown, the second non-magnetic layer 150 may include the second bonding the magnetic layer sequentially stacked on the (149) metal compound layer / non-magnetic metal layer or non-magnetic metal layer / a metal compound layer. 상기 제2 비자성 금속층(156)은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 아연(Zn), 탄탈륨(Ta), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 텅스텐(W), 니오브덴(Nb), 지르코늄(Zr), 이트늄(Y) 및 하프늄(Hf) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The second non-magnetic metal layer 156 of magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), ruthenium (Ru), copper (Cu), zinc (Zn), tantalum (Ta), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten (W), niobium den (Nb), zirconium (Zr) It may include at least selected one of the teunyum (Y) and hafnium (Hf). 상기 제2 하부 및 상부 금속 화합물층들(153, 159)은 금속산화물, 금속질화물, 금속산화질화물 또는 이들의 조합일 수 있다. The first can be a second lower and upper metal compound layer (153, 159) is a metal oxide, metal nitride, metal oxynitride, or a combination thereof. 예를 들어, 상기 제2 하부 및 상부 금속 화합물층들(153, 159)은 상기 제2 비자성 금속층(156)의 화합물일 수 있다. For example, the second lower and upper metal compound layer (153, 159) may be a compound of the second non-magnetic metal layer (156). 상기 제2 하부 및 상부 금속 화합물층들(153, 159)에 의해 상기 제2 비자성 금속층(156) 내의 금속 원자들이 인접한 다른 층으로 확산되는 것이 방지될 수 있다. Wherein it is possible by the two lower and upper metal compound layer (153, 159) be prevented from diffusing into the other layer adjacent to the metal atoms in the second non-magnetic metal layer (156). 이와 달리, 상기 제2 비자성층(150)은 단일 또는 복수의 금속층만을 포함할 수도 있다. Alternatively, the second non-magnetic layer 150 may comprise only a single or a plurality of metal layers.

상기 제2 비자성층(150) 상에 제2 수직 자성층(163)이 배치될 수 있다. Wherein there can be arranged a second vertical magnetic layer 163 on the second nonmagnetic layer 150. The 일 실시예에서, 상기 제2 수직 자성층(163)은 교대로 적층된 비자성층들(161)과 강자성층들(162)을 포함할 수 있다. In one embodiment, the second vertical magnetic layer 163 may comprise of a non-magnetic layer stacked alternately 161 and the ferromagnetic layer (162). 상기 강자성층들(162)은 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 비자성층들(161)은 크롬(Cr), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 레늄(Re), 금(Au), 및 구리(Cu) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. Said ferromagnetic layer (162) is iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni) may include at least selected one of, said non-magnetic layer 161 is chromium (Cr), platinum (Pt), palladium may include (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), osmium (Os), rhenium (Re), gold, at least a selected one of (Au), and copper (Cu). 예를 들어, 상기 제2 수직 자성층(163)은 [Co/Pt]n, [Co/Pd]n, [Ni/Pt]n (n은 층의 적층 횟수로, 2 이상의 자연수) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. For example, the second vertical magnetic layer 163 is a [Co / Pt] n, [Co / Pd] n, [Ni / Pt] n (n is a stacked number of the layer, a natural number of 2 or more), or a combination thereof the can be included. 상기 강자성층들(162)은 1개 내지 수개의 원자의 두께로 얇게 형성될 수 있다. The ferromagnetic layers 162 can be formed thin with one to several atoms in thickness. 상기 제2 비자성층(150)에 의해 상기 제2 수직 자성층(163)과 상기 제2 접합 자성층(149) 사이의 교환결합이 강화될 수 있다. Wherein there is a exchange coupling between the two by a non-magnetic layer 150 and the second vertical magnetic layer 163 and the second magnetic junction 149 can be enhanced. 이에 의해, 상기 제2 접합 자성층(149)의 수직 자기 이방성이 향상될 수 있다. As a result, the second can be enhanced perpendicular magnetic anisotropy of the second magnetic junction (149).

상기 제2 수직 자성층(163)의 비자성층들(161)과 강자성층들(162)의 적층횟수(m)는 상기 제1 수직 자성층(123)의 비자성층들(121)과 강자성층들(122)의 적층횟수(n)와 상이할 수 있다. Said second non-magnetic layer of 161 and the stacking number (m) of the ferromagnetic layer (162) is non-magnetic layer of 121 and the ferromagnetic layer of the first vertical magnetic layer 123 of the perpendicular magnetic layer 163 (122 ) it may be different from the number of stacked (n) of the. 예를 들어, 상기 제2 수직 자성층(163)의 비자성층들(161) 및 강자성층들(162)의 적층횟수는 상기 제1 수직 자성층(123)의 비자성층들(121) 및 강자성층들(122)의 적층횟수보다 적을 수 있다. For example, the second vertical non-laminated number of the layer of 161 and the ferromagnetic layer (162) of the magnetic layer 163 is the first non-magnetic layer of 121 and the ferromagnetic layer of the perpendicular magnetic layer 123 ( It may be less than the number of lamination of 122). 이 경우 상기 제1 수직 자성층(123)과 인접한 제1 접합 자성층(141)은 자기 메모리 셀의 기준층(reference layer)으로 작용하고, 상기 제2 수직 자성층(163)과 인접한 제2 접합 자성층(149)은 상기 자기 메모리 셀의 자유층(free layer)으로 작용할 수 있다. In this case, the first vertical magnetic layer 123 and the adjacent first bond the magnetic layer 141 is the second junction magnetic layer 149 serves as a reference layer (reference layer) of the magnetic memory cell, and adjacent to the second vertical magnetic layer 163 It can function as a free layer (free layer) of the magnetic memory cell. 이와 달리, 상기 제2 수직 자성층(163)의 비자성층들(161)과 강자성층들(162)의 적층횟수(m)가 상기 제1 수직 자성층(123)의 비자성층들(121)과 강자성층들(122)의 적층횟수(n)보다 클 수 있다. Alternatively, the second vertical magnetic layer 163 of the non-magnetic layer of (161) with the non-magnetic layer of the laminated number (m) of the ferromagnetic layer (162) of the first vertical magnetic layers 123, 121 and the ferromagnetic layer the lamination may be greater than the number (n) of 122. 이 경우, 상기 제2 접합 자성층(141)이 기준층으로 작용하고, 상기 제1 접합 자성층(149)이 자유층으로 작용할 수 있다. In this case, the second magnetic junction 141 acts as a reference layer, wherein the first magnetic junction (149) may serve as a free layer.

상기 제1 및 제2 접합 자성층들(141, 149)은 수행하는 기능에 따라 서로 다 른 자기적 특성을 가질 수 있다. The first and second magnetic junction (141, 149) may have the magnetic properties are different from each other depending on which functions are performed. 예를 들어, 상기 자유층으로 작용하는 접합 자성층이 기준층으로 작용하는 접합 자성층보다 작은 포화 자화량을 가질 수 있다. For example, the magnetic layer is joined to act as the free layer may have a small amount of saturation magnetization than the bonded magnetic layer acting as a reference layer. 상기 포화 자화량은 포함되는 강자성 물질(Co, Ni 및/또는 Fe)의 비율 및/또는 비자성 물질의 비율에 의해 조절될 수 있다. The saturation magnetization amount can be adjusted by the ratio and / or ratios of the non-magnetic material of the ferromagnetic material (Co, Ni and / or Fe) is included.

상기 제1 접합 자성층(141), 상기 터널 베리어(145) 및 상기 제2 접합 자성층(149)은 자기 메모리 셀의 자기터널접합(Magnetic tunnel junction)을 구성할 수 있다. The first junction magnetic layer 141, the tunnel barrier 145 and the second magnetic junction (149) may be configured to self-magnetic tunnel junction memory cell (Magnetic tunnel junction). 상기 자유층과 상기 기준층의 자화방향들의 평행 또는 반평행 여부에 따른 상기 자기터널접합의 저항값이 차이를 이용하여 상기 자기터널접합을 포함하는 자기 메모리 셀에 데이터가 저장될 수 있다. It may be the free layer and the resistance of the magnetic tunnel junction according to the parallel or anti-parallel by whether the magnetization direction of the reference layer is by using a difference in the magnetic memory cell including a magnetic tunnel junction data is stored. 상기 자유층의 자화방향은 상기 자기 메모리 셀에 제공되는 전류의 방향에 따라 변화될 수 있다. The magnetization direction of the free layer may be changed depending on the direction of current supplied to the magnetic memory cell. 예를 들어, 상기 제1 접합 자성층(141)으로부터 상기 제2 접합 자성층(149)으로 전류가 제공되는 경우의 상기 자유층의 자화방향은, 상기 제2 접합 자성층(149)으로부터 상기 제1 접합 자성층(141)으로 전류가 제공되는 경우의 자화방향과 서로 반평행할 수 있다. For example, the first junction of the case from the magnetic layer 141, a current is provided to the second junction magnetic layer 149 is the magnetization direction of the free layer, the first bonding the magnetic layer from the second junction magnetic layer 149 141 as may be anti-parallel to each other, and the magnetization direction in the case where the current is provided. 상기 기준층 및 상기 자유층의 자화방향은 상기 기판(100) 평면에 수직할 수 있다. The reference layer and the magnetization direction of the free layer may be perpendicular to the substrate 100 is flat. 상기 기준층은 상기 기판(100) 평면에 수직하며 고정된 제1 자화방향을 가질 수 있다. The reference layer may have a first magnetization direction, and a vertically fixed to the substrate 100 is flat. 상기 자유층은 상기 기판(100) 평면에 수직한 자화방향을 갖되, 상기 자유층의 자화방향은 상기 전류가 제공되는 방향에 따라 상기 제1 자화방향 또는 상기 제1 자화방향에 반평행한 제2 자화방향일 수 있다. The free layer of the substrate 100 a and has a magnetization direction perpendicular to the plane, the magnetization direction of the free layer along the direction to be provided by the electric current contrary to the first magnetization direction or the first magnetization direction parallel to the second It can be magnetized direction.

상기 제2 수직 자성층(163) 상에 캐핑층(170)이 배치될 수 있다. Wherein there can be placed two vertical magnetic layer 163 on the capping layer (170). 상기 캐핑층(170)은 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 루 테늄(Ru), 마그네슘(Mg), 질화탄탈륨(TaN) 및 질화티타늄(TiN) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The capping layer 170 of tantalum (Ta), aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), Lu ruthenium (Ru), magnesium (Mg), tantalum nitride These may include at least one of (TaN) and titanium nitride (TiN).

도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 따른 자기 메모리 소자가 설명된다. Referring to Fig. 2, the magnetic memory device according to a first embodiment of a modification of the present invention is described. 도 1에 설명된 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략될 수 있다. FIG description of the components with substantially the same components as described in 1 can be omitted.

기판(100) 상에 하부 전극(110)이 배치된다. The lower electrode 110 is disposed on the substrate 100. 상기 하부 전극(110) 상에 시드층(115) 및 제1 수직 자성층(124)이 배치된다. The seed layer 115 and the first vertical magnetic layer 124 on the lower electrode 110 is disposed.

상기 시드층(115)은 조밀육방격자(HCP)를 구성하는 금속 원자들을 포함할 수 있다. The seed layer 115 may comprise a metal atom of the dense hexagonal lattice (HCP). 상기 시드층(115)은 10 내지 100Å로 형성될 수 있다. The seed layer 115 may be formed of 10 to 100Å. 상기 시드층(115)은 루테늄(Ru) 또는 티타늄(Ti)을 포함할 수 있다. The seed layer 115 may comprise ruthenium (Ru) or titanium (Ti). 이와 달리, 상기 시드층(115)은 면심입방격자(FCC)를 구성하는 금속원자들을 포함할 수도 있다. Alternatively, the seed layer 115 may comprise a metal atom of the face-centered cubic lattice (FCC). 예를 들어, 상기 시드층(115)은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. For example, the seed layer 115 may comprise a platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu) or aluminum (Al). 상기 시드층(115)은 단일의 층 또는 서로 다른 결정구조를 갖는 복수의 층을 포함할 수 있다. The seed layer 115 may comprise a plurality of layers with a single layer or a different crystal structure. 이와 달리, 상기 시드층(115)은 상기 제1 수직 자성층(124)을 구성하는 물질이 비정질 상태인 경우 생략될 수도 있다. Alternatively, the seed layer 115 may be omitted if the material constituting the first vertical magnetic layer 124 in an amorphous state.

상기 제1 수직 자성층(124)의 자화방향은 상기 기판(100) 평면에 실질적으로 수직하며 변동가능하다. The magnetization direction of the first vertical magnetic layer 124 can be substantially vertical, and variations in the substrate 100 is flat. 이를 위해, 상기 제1 수직 자성층(124)은 L10 결정구조를 갖는 물질, 조밀육방격자를 갖는 물질 및 비정질 RE-TM(Rare-Earth Transition Metal) 합금 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. To this end, the first vertical magnetic layer 124 may include at least selected one of L10 crystal structure having a material dense hexagonal lattice material and the amorphous RE-TM (Rare-Earth Transition Metal) alloy having. 예를 들어, 상기 제1 수직 자성층(124)은 Fe 50 Pt 50 , Fe 50 Pd 50 , Co 50 Pt 50 , Co 50 Pd 50 및 Fe 50 Ni 50 를 포함하는 L10 결정구조를 갖는 물질 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. For example, the first vertical magnetic layer 124 Fe 50 Pt 50, Fe 50 Pd 50, Co 50 Pt 50, Co 50 Pd 50 and Fe 50 Ni 50 at least one selected from a material having a L10 crystal structure containing one can. 이와 달리, 상기 제1 수직 자성층(124)은 조밀육방격자를 갖는 10 내지 45 at. Alternatively, the first vertical magnetic layer 124 is 10 to 45 at which a dense hexagonal grid. %의 백금(Pt) 함량을 갖는 코발트-백금(CoPt) 무질서 합금(disordered alloy) 또는 Co 3 Pt 질서합금(ordered alloy)을 포함할 수 있다. Having a% platinum (Pt) content of the cobalt-platinum (CoPt) may comprise a disordered alloy (disordered alloy) or Co 3 Pt alloy order (ordered alloy). 이와 달리, 상기 제1 수직 자성층(124)은 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 선택된 적어도 하나와 희토류 금속인 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy) 및 가놀리늄(Gd) 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 비정질 RE-TM 합금 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. Alternatively, the first vertical magnetic layer 124 is iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni) of terbium (Tb) of the selected at least one of the rare earth metals dysprosium (Dy) and the fun of titanium (Gd) one may include at least selected one of amorphous RE-TM alloy containing at least one selected.

상기 제1 수직 자성층(124) 상에 제1 비자성층(130)이 배치될 수 있다. The second may be the first non-magnetic layer 130 is disposed on the first vertical magnetic layer 124. 상기 제1 비자성층(130)은 얇은 두께로 형성될 수 있다. The first non-magnetic layer 130 may be formed to a small thickness. 예를 들어, 상기 제1 비자성층(130)은 2 내지 20Å의 두께로 형성될 수 있다. For example, the first non-magnetic layer 130 may be formed to a thickness of from 2 to 20Å. 상기 제1 비자성층(130)은 텍스쳐를 갖지 않을 수 있다. The first non-magnetic layer 130 may not have the texture. 예를 들어, 상기 제1 비자성층(130)은 상기 제1 수직 자성층(124) 상에 균일하게 형성되되, 상기 얇은 두께에 의해 텍스쳐를 갖지 않을 수 있다. For example, the first non-magnetic layer 130 may be formed uniformly on the first vertical magnetic layer 124, may not have the texture by the thin wall.

상기 제1 비자성층(130)은 비자성 전이 금속을 포함하는 비자성 금속원소 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first non-magnetic layer 130 may include at least selected one of the non-magnetic metal element for the non-magnetic transition comprising a metal. 일 실시예에서, 상기 제1 비자성층(130)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. In one embodiment, the first non-magnetic layer 130 may be formed from a plurality of layers. 예를 들어, 상기 제1 비자성층(130)은 상기 수직 자성층(124) 상에 차례로 적층된 제1 하부 금속 화합물층(133), 제1 비자성 금속층(136) 및 제1 상부 금속 화합물층(139)을 포함할 수 있다. For example, the first non-magnetic layer 130 is the perpendicular magnetic layer a first lower metal compound layer 133 is in turn laminated on the (124), the first non-magnetic metal layer 136 and the first upper metal compound layer (139) the can be included. 도시된 바와 달리, 상 기 제1 비자성층(130)은 상기 제1 수직 자성층(124) 상에 차례로 적층된 금속 화합물층/비자성 금속층 또는 비자성 금속층/금속 화합물층을 포함할 수 있다. Otherwise shown, the group may include a first non-magnetic layer 130 is the first vertical magnetic layer 124, a metal layer or non-sex of a metal compound layer / non-sequentially stacked onto St. metal layer / a metal compound layer. 상기 비자성 금속층은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 아연(Zn), 탄탈륨(Ta), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 텅스텐(W), 니오브덴(Nb), 지르코늄(Zr), 이트늄(Y) 및 하프늄(Hf) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The non-magnetic metal layer is magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), ruthenium (Ru), copper (Cu), zinc (Zn), tantalum (Ta), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten (W), niobium den (Nb), zirconium (Zr), the teunyum (Y ) the selected one, and hafnium (Hf) may include at least one. 상기 제1 하부 및 상부 금속 화합물층들(133, 139)은 금속산화물, 금속질화물, 금속산화질화물 또는 이들의 조합일 수 있다. The first lower and upper metal compound layer (133, 139) may be a metal oxide, metal nitride, metal oxynitride, or a combination thereof. 예를 들어, 상기 금속 화합물층은 상기 금속층의 화합물일 수 있다. For example, the metal compound may be a compound of the metal. 이와 달리, 상기 제1 비자성층(130)은 단일 또는 복수의 금속층만을 포함할 수도 있다. Alternatively, the first non-magnetic layer 130 may comprise only a single or a plurality of metal layers.

상기 제1 비자성층(130) 상에 제1 접합 자성층(141), 터널 베리어(145), 및 제2 접합 자성층(149)이 차례로 적층될 수 있다. Wherein the first junction magnetic layer 141, tunnel barrier 145, and the second magnetic junction (149) on a first non-magnetic layer 130 may be sequentially stacked. 상기 제1 접합 자성층(141), 터널 베리어(145), 및 제2 접합 자성층(149)은 자기터널접합을 구성할 수 있다. The first junction magnetic layer 141, tunnel barrier 145, and the second magnetic junction (149) may configure the magnetic tunnel junction. 상기 제1 접합 자성층(141)은 상기 제1 비자성층(130)에 의해 상기 제1 수직 자성층(123)과 강하게 교환결합될 수 있다. The first junction magnetic layer 141 may be coupled to the first vertical magnetic layer 123 and the strong exchange by said first non-magnetic layer (130). 이에 의해 상기 제1 접합 자성층(141)의 수직 자기 이방성이 향상될 수 있다. Thereby it can be enhanced perpendicular magnetic anisotropy of the first magnetic junction (141). 상기 제1 접합 자성층(141) 및 제2 접합 자성층(149)은 연자성 물질을 포함할 수 있다. Wherein the first magnetic junction 141 and second junction magnetic layer 149 may comprise a soft magnetic material. 자기 메모리 셀의 동작시, 상기 제1 접합 자성층(141) 및 제2 접합 자성층(149) 중 어느 하나는 기준층으로 기능하고 다른 하나는 자유층으로 기능할 수 있다. Any one of the self-operation of the memory cell, wherein the first magnetic junction 141 and second junction magnetic layer 149 functions as a reference layer and the other may function as a free layer. 상기 자유층으로 기능하는 접합 자성층은 상기 기준층으로 기능하는 접합층보다 낮은 포화 자화량을 가질 수 있다. Bonding the magnetic layer serving as the free layer may have a low saturation magnetization amount than the junction layer serving as the reference layer.

상기 제2 접합 자성층(149) 상에 제2 비자성층(150)이 배치될 수 있다. The first may be the second non-magnetic layer 150 is disposed on the second magnetic junction (149). 상기 제2 비자성층(150)은 얇은 두께로 형성될 수 있다. The second non-magnetic layer 150 may be formed to a small thickness. 예를 들어, 상기 제2 비자성층(150)은 2 내지 20Å의 두께로 형성될 수 있다. For example, the second non-magnetic layer 150 may be formed to a thickness of from 2 to 20Å. 상기 제2 비자성층(150)은 텍스쳐를 갖지 않을 수 있다. The second non-magnetic layer 150 may not have the texture. 예를 들어, 상기 제2 비자성층(150)은 상기 제2 접합 자성층(149) 상에 균일하게 형성되되, 상기 얇은 두께에 의해 텍스쳐를 갖지 않을 수 있다. For example, the second non-magnetic layer 150 may be formed uniformly on the second junction magnetic layer 149, may not have the texture by the thin wall.

상기 제2 비자성층(150) 상에 제2 수직 자성층(163)이 배치될 수 있다. Wherein there can be arranged a second vertical magnetic layer 163 on the second nonmagnetic layer 150. The 상기 제2 수직 자성층(163)은 상기 기판(100) 평면에 수직한 자화방향을 갖도록 구성될 수 있다. Said second vertical magnetic layer 163 may be configured to have a magnetization direction perpendicular to the substrate 100 is flat. 예를 들어, 상기 제2 수직 자성층(163)은 교대로 적층된 비자성층들(161) 및 강자성층들(162)을 포함하되, 상기 강자성층들(162)은 1 내지 수개의 원자 두께로 형성될 수 있다. For example, formed of the second vertical magnetic layer 163 may include, but with a non-magnetic layer stacked alternately 161 and the ferromagnetic layer (162), said ferromagnetic layer (162) is one to three atoms thick It can be. 이에 의해, 상기 강자성층들(162)의 자화방향은 상기 기판(100) 평면에 수직할 수 있다. Thus, the magnetization directions of the (162), said ferromagnetic layer can be perpendicular to the substrate 100 is flat. 상기 제2 수직 자성층(164)은 상기 제2 비자성층(150)에 의해 상기 제2 접합 자성층(149)과 교환결합될 수 있다. It said second vertical magnetic layer 164 may be coupled to the first exchange and the second magnetic junction (149) by the second non-magnetic layer (150).

상기 제2 수직 자성층(163) 상에 캐핑층(170)이 형성될 수 있다. The second is the capping layer 170 on the vertical magnetic layer 163 can be formed. 상기 캐핑층(170)은 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 마그네슘(Mg), 질화탄탈륨(TaN) 및 질화티타늄(TiN) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The capping layer 170 of tantalum (Ta), aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), ruthenium (Ru), magnesium (Mg), tantalum nitride ( TaN) and a selected one of titanium nitride (TiN) may include at least one.

도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 자기 메모리 소자가 설명된다. Reference to Figure 3, the magnetic memory device according to a further modification of the first embodiment of the present invention is described. 기판(100) 및 하부 전극(110) 상에 시드층(115) 및 제1 수직 자 성층(124)이 차례로 적층된다. Substrate 100 and the seed layer 115 and the first vertical chair on the lower electrode (110) layer 124 are laminated in turn. 상기 시드층(115)는 단일 또는 복수의 금속막을 포함할 수 있다. The seed layer 115 may comprise a single film or a plurality of metal. 상기 제1 수직 자성층(124)은 상기 기판(100) 평면에 수직한 자화 용이축을 갖는 물질을 포함할 수 있다. The first vertical magnetic layer 124 may comprise a material having an axis of easy magnetization perpendicular to the substrate 100 is flat. 상기 제1 수직 자성층(124)은 L10 결정구조를 갖는 물질, 조밀육방격자를 갖는 물질 및 비정질 RE-TM 합금 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first vertical magnetic layer 124 may include at least selected one of the material and the amorphous RE-TM alloy having a substance, having a dense hexagonal lattice L10 crystal structure. 상기 제1 수직 자성층(124)이 비정질 RE-TM 합금을 포함하는 경우, 상기 시드층(115)은 생략될 수 있다. When the first vertical magnetic layer 124 comprises an amorphous RE-TM alloy, the seed layer 115 may be omitted.

상기 제1 수직 자성층(124) 상에 제1 비자성층(130)이 배치될 수 있다. The second may be the first non-magnetic layer 130 is disposed on the first vertical magnetic layer 124. 상기 제1 비자성층(130)은 얇은 두께로 형성될 수 있다. The first non-magnetic layer 130 may be formed to a small thickness. 예를 들어, 상기 제1 비자성층(130)은 2 내지 20Å의 두께로 형성될 수 있다. For example, the first non-magnetic layer 130 may be formed to a thickness of from 2 to 20Å. 상기 제1 비자성층(130)은 텍스쳐를 갖지 않을 수 있다. The first non-magnetic layer 130 may not have the texture.

상기 제1 비자성층(130)은 비자성 전이 금속을 포함하는 비자성 금속원소 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first non-magnetic layer 130 may include at least selected one of the non-magnetic metal element for the non-magnetic transition comprising a metal. 일 실시예에서, 상기 제1 비자성층(130)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. In one embodiment, the first non-magnetic layer 130 may be formed from a plurality of layers. 예를 들어, 상기 제1 비자성층(130)은 상기 수직 자성층(124) 상에 차례로 적층된 제1 하부 금속 화합물층(133), 제1 비자성 금속층(136) 및 제1 상부 금속 화합물층(139)을 포함할 수 있다. For example, the first non-magnetic layer 130 is the perpendicular magnetic layer a first lower metal compound layer 133 is in turn laminated on the (124), the first non-magnetic metal layer 136 and the first upper metal compound layer (139) the can be included. 도시된 바와 달리, 상기 제1 비자성층(130)은 상기 제1 수직 자성층(124) 상에 차례로 적층된 금속 화합물층/비자성 금속층 또는 비자성 금속층/금속 화합물층을 포함할 수 있다. Otherwise shown, the first non-magnetic layer 130 may include the first vertical magnetic layer 124, a metal layer or non-sex of a metal compound layer / non-sequentially stacked onto St. metal layer / a metal compound layer. 이와 달리, 상기 제1 비자성층(130)은 단일 또는 복수의 금속층만을 포함할 수도 있다. Alternatively, the first non-magnetic layer 130 may comprise only a single or a plurality of metal layers. 상기 제1 비자성층(130)은 상기 제1 수직 자성층(123) 및 상기 제1 접합 자성층(141)을 교환결합시킬 수 있다. The first non-magnetic layer 130 may be exchange coupled to the first vertical magnetic layer 123 and the first magnetic junction (141).

상기 제1 비자성층(130) 상에 제1 접합 자성층(141), 터널 베리어(145), 및 제2 접합 자성층(149)이 차례로 적층될 수 있다. Wherein the first junction magnetic layer 141, tunnel barrier 145, and the second magnetic junction (149) on a first non-magnetic layer 130 may be sequentially stacked. 상기 제1 접합 자성층(141) 및 제2 접합 자성층(149)은 연자성 물질을 포함할 수 있다. Wherein the first magnetic junction 141 and second junction magnetic layer 149 may comprise a soft magnetic material. 자기 메모리 셀의 동작시, 상기 제1 접합 자성층(141) 및 제2 접합 자성층(149) 중 어느 하나는 기준층으로 기능하고 다른 하나는 자유층으로 기능할 수 있다. Any one of the self-operation of the memory cell, wherein the first magnetic junction 141 and second junction magnetic layer 149 functions as a reference layer and the other may function as a free layer. 상기 자유층으로 기능하는 접합 자성층은 상기 기준층으로 기능하는 접합층보다 낮은 포화 자화량을 가질 수 있다. Bonding the magnetic layer serving as the free layer may have a low saturation magnetization amount than the junction layer serving as the reference layer.

상기 제2 접합 자성층(149) 상에 제2 비자성층(150)이 배치될 수 있다. The first may be the second non-magnetic layer 150 is disposed on the second magnetic junction (149). 상기 제2 비자성층(150)은 얇은 두께로 형성될 수 있다. The second non-magnetic layer 150 may be formed to a small thickness. 예를 들어, 상기 제2 비자성층(150)은 2 내지 20Å의 두께로 형성될 수 있다. For example, the second non-magnetic layer 150 may be formed to a thickness of from 2 to 20Å. 상기 제2 비자성층(150)은 텍스쳐를 갖지 않을 수 있다. The second non-magnetic layer 150 may not have the texture.

상기 제2 비자성층(150) 상에 제2 수직 자성층(164)이 배치된다. Wherein the second vertical magnetic layer 164 on the second non-magnetic layer 150 is disposed. 상기 제2 수직 자성층(164)은 상기 자기터널접합을 구성하는 제1 및 제2 접합 자성층들(141, 149)의 평면들에 수직한 자화방향을 갖도록 구성될 수 있다(configured). It said second vertical magnetic layer 164 may be configured to have a magnetization direction perpendicular to the plane of the first and second magnetic junction (141, 149) constituting the magnetic tunnel junction (configured). 상기 제2 수직 자성층(164)은 상기 제2 비자성층(150)에 의해 상기 제2 접합 자성층(149)과 교환결합될 수 있다. It said second vertical magnetic layer 164 may be coupled to the first exchange and the second magnetic junction (149) by the second non-magnetic layer (150). 예를 들어, 상기 제2 수직 자성층(164)은 비정질의 RE-TM 합금을 포함할 수 있다. For example, the second vertical magnetic layer 164 may include a RE-TM amorphous alloys. 상기 제2 수직 자성층(164) 상에 캐핑층(170)이 배치될 수 있다. Wherein there can be placed two vertical magnetic layer 164 on the capping layer (170).

도 4a 내지 도 4b 및 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 메모리 소자의 형성방법이 설명된다. Also the method of forming a magnetic memory device according to 4a to the first embodiment of Figure 4b, the present invention will be described with reference to Figure 1 for example, it is described. 앞서 도 1을 참조하여 설명된 부분은 일부 생략 될 수 있다. The previously described with reference to FIG portion can be partially omitted.

도 4a를 참조하면, 기판(100) 상에 하부 전극(110)이 형성될 수 있다. Referring to Figure 4a, it can be a lower electrode 110 formed on the substrate 100. 상기 하부 전극(110)은 상기 기판(100) 상에 및/또는 상기 기판(100) 내에 형성될 수 있다. The lower electrode 110 may be formed in the over the substrate 100 and / or the substrate 100.

상기 하부 전극(110) 상에 비자성층들(121)과 강자성층들(122)이 교대로 적층될 수 있다. The non-magnetic layer on the lower electrode 110, 121 and the ferromagnetic layer 122 may be alternately stacked. 상기 비자성층들(121) 및 상기 강자성층들(122)의 적층 횟수는 2 내지 20회일 수 있다. Laminating the number of said non-magnetic layer 121 and the ferromagnetic layer 122 may be 2 to 20 hoeil. 상기 강자성층들(122)은 1개 내지 수개 원자의 두께로 형성될 수 있다. The ferromagnetic layer 122 may be formed to a thickness of one to several atoms. 상기 비자성층들(121)과 강자성층들(122)은 제1 수직 자성층(123)을 구성할 수 있다. It said non-magnetic layer 121 and ferromagnetic layer 122 can be composed of a first vertical magnetic layer 123.

도 4b를 참조하면, 상기 제1 수직 자성층(123) 상에 제1 하부 금속 화합물층(133)이 형성될 수 있다. Referring to Figure 4b, it may be a first lower metal compound layer 133 formed on the first vertical magnetic layer 123. 상기 제1 하부 금속 화합물층(133)은 상기 제1 수직 자성층(123) 상에 얇게 금속막을 형성한 후, 상기 금속막을 산화 및/또는 질화하여 형성될 수 있다. The first lower metal compound layer 133 can be formed by the first oxidation and / or nitriding the magnetic layer after the formation of the vertical 123, the metal thin film on the metal film. 상기 금속막은 금속, 예를 들어 전이금속 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. Wherein the metal film contains a metal, for example, the transition may include at least a selected one of metal.

상기 제1 하부 금속 화합물층(133) 상에 제1 비자성 금속층(136)이 형성된다. A first non-magnetic metal layer 136 on the first lower metal compound layer 133 is formed. 상기 제1 비자성 금속층(136)은 비자성 금속, 예를 들어 비자성 전이금속 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first non-magnetic metal layer 136 may comprise a non-magnetic metal, for example, at least a selected one of the non-magnetic transition metal. 예를 들어, 상기 제1 비자성 금속층(136) 및 제1 하부 금속 화합물층(133)은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 아연(Zn), 탄탈륨(Ta), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 텅스텐(W), 니오브 덴(Nb), 지르코늄(Zr), 이트늄(Y) 및 하프늄(Hf) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the first non-magnetic metal layer 136 and the first lower metal compound layer 133 is magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), ruthenium (Ru), copper ( Cu), zinc (Zn), tantalum (Ta), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten ( W), it may include a niobium den (Nb), zirconium (Zr), at least a selected one of the teunyum (Y) and hafnium (Hf). 상기 제1 비자성 금속층(136)은 상기 제1 하부 금속 화합물층(133)과 동일한 금속을 포함할 수 있다. The first non-magnetic metal layer 136 may comprise the same metal as the first lower metal compound layer (133).

도 4c를 참조하면, 상기 제1 비자성 금속층(136) 상에 제1 상부 금속 화합물층(139)이 형성된다. Referring to Figure 4c, wherein the first non-magnetic metal layer above the first metal compound layer (139) on the (136) are formed. 상기 제1 상부 금속 화합물층(139)은 상기 제1 비자성 금속층(136)의 상부면을 산화하거나 질화하여 형성될 수 있다. Wherein the first upper metal compound layer 139 can be formed by oxidizing or nitriding the upper surface of the first non-magnetic metal layer (136). 상기 산화 또는 질화를 위해 상기 제1 상부 금속 화합물층(139)의 상부면 상에 소량의 산화가스 및/또는 질화가스가 제공될 수 있다. For the oxide or nitride, the first may be provided with a small amount of oxidizing gas and / or nitriding gas to the upper surface of the upper metal compound layer (139). 이와 달리, 상기 제1 상부 금속 화합물층(139)은 상기 제1 비자성 금속층(136) 상에 별도의 금속층을 형성한 후 이를 산화 및/또는 질화하여 형성되거나, 별도의 금속 화합물층을 형성될 수도 있다. Alternatively, the first upper metal compound layer 139 is the first non-magnetic metal layer after the formation of a separate metal layer on the (136) or formed by this oxidation and / or nitride, may be formed in a separate metal compound layer .

상기 제1 상부 금속 화합물층(139) 상에 제1 접합 자성층(141), 터널 베리어(145) 및 제2 접합 자성층(149)이 차례로 형성될 수 있다. Wherein the first junction magnetic layer 141, a tunnel barrier 145 and a second junction magnetic layer 149 on the first upper metal compound layer 139 can be formed in turn. 상기 제1 접합 자성층(141) 및 제2 접합 자성층(149)은 연자성 물질을 포함할 수 있다. Wherein the first magnetic junction 141 and second junction magnetic layer 149 may comprise a soft magnetic material. 일 실시예에서, 상기 제1 접합 자성층(141)과 제2 접합 자성층(149)은 서로 다른 포화 자화량을 갖는 물질들을 포함할 수 있다. In one embodiment, the first magnetic junction 141 and second junction magnetic layer 149 may comprise another material having a different saturation magnetization amount. 상기 제1 및 제2 접합 자성층(149)은 비정질 상태로 형성될 수 있다. The first and second junction magnetic layer 149 may be formed into an amorphous state. 일 실시예에서, 상기 제1 접합 자성층(141)의 최상부가 산화 되는 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. In one embodiment, the process is the top of the first magnetic junction (141) to be oxidized can be additionally performed.

상기 터널 베리어(145)는 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 마그네슘-아연(MgZn) 및 마그네슘-붕소(MgB)의 산화물, 및 티타늄(Ti) 및 바나듐(V)의 질화물 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The tunnel barrier 145 is magnesium (Mg), titanium (Ti), aluminum (Al), magnesium-zinc (MgZn) and Mg-oxide of boron (MgB), and titanium (Ti), and nitrides of vanadium (V) in the selection may include at least one. 이와 달리, 상기 터널 베리어(145) 는 복수의 층을 포함할 수 있다. Alternatively, the tunnel barrier 145 may include a plurality of layers. 상기 복수의 층을 금속막, 금속산화막, 금속질화막 및 금속산질화막 중에서 선택된 적어도 둘 이상의 막일 수 있다. The plurality of layers may makil at least two selected from a metal film, a metal oxide film, metal nitride film and a metal oxynitride film. 상기 터널 베리어(145)는 소정의 결정구조, 예를 들어, NaCl형 결정구조를 가질 수 있다. The tunnel barrier 145 may have a predetermined crystal structure, for example, NaCl-type crystal structure.

상기 터널 베리어(145) 상에 제2 접합 자성층(149)이 형성될 수 있다. The second junction magnetic layer 149 on the tunnel barrier 145 may be formed. 상기 제2 접합 자성층(149)이 자기 메모리 셀의 자유층으로 사용되는 경우, 상기 제2 접합 자성층(149)은 상기 제1 접합 자성층(141) 보다 낮은 포화 자화량을 가질 수 있다. If the second magnetic junction (149) is used as the free layer of the magnetic memory cell, wherein the second magnetic junction (149) may have a low saturation magnetization amount than said first magnetic junction (141). 또는, 상기 제2 접합 자성층(149)의 철(Fe)함량은 상기 제1 접합 자성층(141)보다 크거나 적어도 같을 수 있다. Alternatively, an iron (Fe) content of the second magnetic junction (149) may be at least equal to or greater than the first magnetic junction (141).

상기 제2 접합 자성층(149)의 상부면이 산화 및/또는 질화될 수 있다. Wherein there may be oxidation and / or nitriding the upper surface of the second magnetic junction (149). 이에 의해, 상기 제2 접합 자성층(149)의 최상부 내에 예비 하부 금속 화합물층(152)이 형성될 수 있다. As a result, the first may be the second preliminary lower metal compound layer 152 in the uppermost magnetic layer of the junction 149 is formed. 상기 제2 접합 자성층(149)의 상부면은 상기 제1 비자성 금속층(136)의 상부면과 동일한 방법으로 산화 및/또는 질화될 수 있다. Wherein the top surface of the second junction magnetic layer 149 is the first one can be a non-magnetic oxide and / or nitride in the same way as the top surface of the metal layer 136. 이와 달리, 상기 제2 접합 자성층(149)의 산화 및/또는 질화 공정은 생략될 수 있다. Alternatively, the oxidation and / or nitridation of the second magnetic junction (149) may be omitted.

상기 제2 접합 자성층(149) 및 상기 예비 하부 금속 화합물층(152) 상에 제2 비자성 금속층(156)이 형성된다. The second non-magnetic metal layer 156 on the second junction magnetic layer 149 and the lower pre-metal compound layer 152 is formed. 상기 제2 비자성 금속층(156)은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 아연(Zn), 탄탈륨(Ta), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 텅스텐(W), 니오브덴(Nb), 지르코늄(Zr), 이트늄(Y) 및 하프늄(Hf) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The second non-magnetic metal layer 156 of magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), ruthenium (Ru), copper (Cu), zinc (Zn), tantalum (Ta), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten (W), niobium den (Nb), zirconium (Zr) It may include at least selected one of the teunyum (Y) and hafnium (Hf).

다시 도 1을 참조하면, 상기 제2 비자성 금속층(156) 상에 제2 상부 금속 화 합물층(159)이 형성된다. Referring back to Figure 1, the second non-magnetic metal layer is a second upper metallized sum water layer (159) on the (156) are formed. 상기 제2 상부 금속 화합물층(159)은 상기 제2 비자성 금속층(156)의 상부면을 산화하거나 질화하여 형성될 수 있다. The second upper metal compound layer 159 can be formed by oxidizing or nitriding the upper surface of the second non-magnetic metal layer (156). 상기 산화 또는 질화를 위해 상기 제2 상부 금속 화합물층(159)의 상부면 상에는 소량의 산화가스 및/또는 질화가스가 제공될 수 있다. For the oxidation or nitriding the upper surface of the second upper metal compound layer 159 it may be provided with a small amount of oxidizing gas and / or nitride formed on the gas. 이와 달리, 상기 제2 상부 금속 화합물층(159)은 상기 제2 비자성 금속층(156) 상에 별도의 금속층을 형성한 후 이를 산화 및/또는 질화하여 형성되거나, 별도의 금속 화합물층을 증착하여 형성될 수도 있다. Alternatively, the second top metal compound layer 159 is the second non-magnetic metal layer after the formation of a separate metal layer on the (156) or formed by this oxidation and / or nitride, is formed by depositing an additional metal compound layer may.

상기 제2 상부 금속 화합물층(159) 상에 비자성층들(161) 및 강자성층들(162)이 교대로 적층될 수 있다. Wherein the second upper metal compound layer (159) onto the non-magnetic layer of 161 and the ferromagnetic layer 162 may be alternately stacked. 상기 강자성층들(162)은 1개 내지 수개의 원자의 두께로 형성될 수 있다. The ferromagnetic layers 162 may be formed with one to the number of atoms thick. 상기 비자성층들(161) 및 상가 강자성층들(162)은 제2 수직 자성층(162)에 포함될 수 있다. It said non-magnetic layer 161 and ferromagnetic layer additive (162) can be included in the second vertical magnetic layer 162. 상기 제2 수직 자성층(163)의 비자성층들(161) 및 상기 강자성층들(162)의 적층 횟수는 상기 제1 수직 자성층(123)의 비자성층들(121) 및 상기 강자성층들(122)의 적층 횟수와 상이할 수 있다. Said second non-magnetic layer of (161) and the stacking number of the ferromagnetic layer (162) is the first non-magnetic layer of 121 and the ferromagnetic layer of the perpendicular magnetic layer 123 of the perpendicular magnetic layer 163 (122) the number of stacked and may be different.

상기 제2 수직 자성층(163)의 형성 이전 및/또는 이후, 어닐링 공정이 수행될 수 있다. Before and / or after the formation of the second vertical magnetic layer 163, the annealing process may be performed. 상기 어닐링 공정에 의해 비정질 상태의 상기 제1 및 제2 접합 자성층들(141, 149)이 상기 터널 베리어(145)를 시드층으로 결정화될 수 있다. Wherein the annealing process of the first and second junction magnetic layer in an amorphous state by the (141, 149) can be crystallized to the tunnel barrier 145 as a seed layer. 상기 어닐링 공정은 마그네틱 어닐링 공정 또는 이외의 어닐링 공정일 수 있다. The annealing process may be a process other than the annealing or magnetic annealing process. 상기 터널 베리어(145)가 시드층으로 작용함에 따라, 상기 터널 베리어(145) 및 상기 제1 및 제2 접합층들(141, 149)은 유사한 결정 구조를 가질 수 있다. The tunnel barrier 145, a tunnel barrier 145 and the first and second junction layers (141, 149) acts as the seed layer may have a similar crystal structure. 또한, 상기 제1 및 제2 접합층들(141, 149)의 상기 터널 베리어(145)의 면과 접하는 면들은 상기 터널 베리어(145)의 면과 동일한 결정면을 가질 수 있다. Further, the surface in contact with the surface of the tunnel barrier 145 of the first and second junction layers (141, 149) may have the same crystal plane as the surface of the tunnel barrier (145). 예를 들어, 상기 터널 베리 어(145)의 상부면 및 하부면이 NaCl형 결정 구조의 <001> 결정면에 해당하는 경우, 상기 제1 및 제2 접합층들(141, 149)의 상기 터널 베리어(145)와 접하는 면들은 체심입방 구조의 <001> 결정면일 수 있다. For example, the tunnel of the first and second junction layers (141, 149) when the top and bottom surfaces of the tunnel berry control 145 corresponds to the <001> crystal plane of the NaCl type crystal structure, the barrier surface in contact with a (145) may be of <001> crystal plane of the body-centered cubic structure.

상기 어닐링 시, 상기 제1 및 제2 비자성층들(130, 150)은 상기 제1 및 제2 접합 자성층들(141, 149)이 상기 터널 베리어(145)가 아닌 다른 층들의 결정 구조를 따라 결정화되는 것을 방지할 수 있다. When the annealing, the first and second non-magnetic layer (130, 150) said first and second junction magnetic layer of (141, 149) is crystallized in accordance with the crystal structure of the other layers other than the tunnel barrier 145 that can be prevented. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 비자성층들(130, 150)이 생략되는 경우, 상기 제1 및 제2 접합 자성층들(141, 149)의 결정화는 제1 및 제2 수직 자성층들(123, 163)에 영향을 받을 수 있다. For example, the first and the case where 2 omitted the non-magnetic layer (130, 150), the first and second bonding crystallization of the magnetic layer of (141, 149) has first and second vertical magnetic layer (123 and it may be affected by 163). 이 경우, 상기 제1 및 제2 접합 자성층들(141, 149)은 상기 터널 베리어(145)와 동일한 결정 구조 및/또는 결정면을 갖지 못할 수 있다. In this case, the first and second magnetic junction (141, 149) may not have the same crystal structure and / or a crystal plane with the tunnel barrier (145). 상기 제1 및 제2 접합 자성층들(141, 149)이 상기 터널 베리어(145)와 상이한 결정 구조 및/또는 결정면을 갖는 경우, 이들을 포함하는 자기터널접합의 자기 저항비는 현저히 감소될 수 있다. The MR ratio of the first and second junction magnetic layer of (141, 149) is the tunnel barrier 145, and a different crystal structure and / or when having a crystal plane, a magnetic tunnel junction comprising the same may be significantly reduced. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따라 상기 제1 수직 자성층(123)과 상기 제1 접합 자성층(141) 사이 및/또는 상기 제2 수직 자성층(163)과 상기 제2 접합 자성층(149) 사이에 제1 및 제2 비자성층들(130, 150)이 개재되는 경우, 상기 제1 및 제2 수직 자성층들(123, 163)이 상기 제1 및 제2 접합 자성층들(141, 149)의 결정화의 시드층으로 작용하는 것이 방지될 수 있다. However, between the first vertical magnetic layer 123 and the first junction magnetic layer 141 between and / or the second vertical magnetic layer 163 and the second junction magnetic layer 149 according to embodiments of the present invention the first and the crystallization of the case is interposed the second non-magnetic layer (130, 150), said first and second vertical magnetic layer (123, 163) the first and second junction magnetic layer (141, 149) It can be prevented from acting as a seed layer. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 접합 자성층들(141, 149)의 결정 구조들은 상기 터널 베리어(145)의 결정 구조에 배향될 수 있다. Accordingly, the crystal structure of the first and second magnetic junction (141, 149) can be aligned to the crystal structure of the tunnel barrier (145). 따라서, 이들을 포함하는 자기터널접합의 자기 저항비가 향상될 수 있다. Thus, it can be improved magnetic resistance ratio of the magnetic tunnel junction comprising the same.

상기 제2 수직 자성층(163) 상에 캐핑층(170)이 형성될 수 있다. The second is the capping layer 170 on the vertical magnetic layer 163 can be formed. 상기 캐핑 층(170)은 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 마그네슘(Mg), 질화탄탈륨(TaN) 및 질화티타늄(TiN) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The capping layer 170 of tantalum (Ta), aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), ruthenium (Ru), magnesium (Mg), tantalum nitride ( TaN) and a selected one of titanium nitride (TiN) may include at least one.

상기 제1 수직 자성층(123), 상기 제1 비자성층(130), 상기 제1 접합 자성층(141), 상기 터널 베리어(145), 상기 제2 접합 자성층(149), 상기 제2 비자성층(150), 상기 제2 수직 자성층(163) 및 상기 캐핑층(170)이 패터닝된다. The first vertical magnetic layer 123, the first nonmagnetic layer 130, the first junction magnetic layer 141, the tunnel barrier 145, and the second junction magnetic layer 149, the second nonmagnetic layer (150 ), the second vertical magnetic layer 163 and the capping the capping layer 170 is patterned. 상기 패터닝은 포토리소그라피 및 전자빔을 포함하는 다양한 패터닝 공정 중 선택된 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다. The patterning may be performed by at least a selected one of various patterning step including a photolithography and electron beam. 상기 패터닝은 모든 막들이 형성된 후 수행되거나, 일부의 막들을 형성한 후 수행될 수도 있다. The patterning may be performed after or performed after all the films are formed, forming a part of the film. 일부의 막들에 대해서만 패터닝이 수행된 경우 나머지 막들을 형성한 후 추가적인 패터닝이 수행될 수 있다. If the pattern only a portion of the films is performed after the formation of the rest of the film, there is an additional patterning can be performed.

도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 따른 자기 메모리 소자의 형성방법이 설명된다. Referring to Fig. 2, a method of forming a magnetic memory device according to a first embodiment of a modification of the present invention is described. 앞서 도 1을 참조하여 설명된 구성요소들의 형성방법에 대한 설명은 생략된다. Above with reference to FIG. 1 description of the forming method of the component description is omitted.

기판(100) 상에 시드층(115)이 형성될 수 있다. The seed layer 115 on the substrate 100 may be formed. 상기 시드층(115)은 단일 또는 복수의 금속막을 포함할 수 있다. The seed layer 115 may comprise a single film or a plurality of metal. 상기 시드층(115)은 소정의 결정구조를 갖는 금속막을 포함할 수 있다. The seed layer 115 may comprise a metal film having a desired crystal structure. 예를 들어, 상기 시드층(115)은 체심입방격자(BCC), 면심입방격자(FCC) 및 조밀육방격자(HCP) 중 선택된 하나 이상의 결정 구조를 가질 수 있다. For example, the seed layer 115 may have at least one crystal structure selected from body centered cubic (BCC), face-centered cubic lattice (FCC) and a dense hexagonal lattice (HCP).

상기 시드층(115) 상에 제1 수직 자성층(124)이 형성될 수 있다. The first vertical magnetic layer 124 on the seed layer 115 may be formed. 상기 제1 수직 자성층(124)은 상기 시드층(115)을 시드로 사용하여 증착될 수 있다. The first vertical magnetic layer 124 can be deposited using the seed layer 115 as a seed. 상기 시드층(115)을 시드로 하여 증착되는 상기 제1 수직 자성층(124)은 조밀육방격자 또는 L10 결정 구조를 가질 수 있다. The first vertical magnetic layer 124 is deposited by the seed layer 115 as a seed may have a dense hexagonal lattice or L10 crystal structure. 상기 제1 수직 자성층(124)을 비정질의 RE-TM 합금으로 형성하는 경우, 상기 시드층(115)은 생략될 수 있다. In the case of forming the first vertical magnetic layer 124, a RE-TM amorphous alloy, the seed layer 115 may be omitted.

도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 자기 메모리 소자의 형성방법이 설명된다. Reference to Figure 3, a method of forming a magnetic memory device according to a further modification of the first embodiment of the present invention is described. 상기 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 구성요소들의 형성방법의 설명은 생략된다. FIG 1 and a description of the forming method of the components described with reference to Figure 2 are omitted.

제2 비자성층(150) 상에 제2 수직 자성층(164)이 형성된다. The second perpendicular magnetic layer 164 on the second non-magnetic layer 150 is formed. 상기 제2 수직 자성층(164)은 예를 들어, 비정질 RE-TM 합금을 포함할 수 있다. It said second vertical magnetic layer 164 may comprise, for example, an amorphous RE-TM alloy. 도시된 바와 달리, 상기 제2 수직 자성층(164)은 복수의 강자성층들을 포함할 수 있다. Otherwise shown, the second vertical magnetic layer 164 may comprise a plurality of ferromagnetic layers. 상기 강자성층들 사이에는 비자성금속층이 개재될 수도 있다. In between the ferromagnetic layer may be interposed non-magnetic metal layers. 상기 제2 수직 자성층(164)은 수직 자화방향을 갖는 강자성 물질층의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. It said second vertical magnetic layer 164 may be modified in various forms within the scope of the ferromagnetic material layer having a perpendicular magnetization direction.

(제2 실시예) (Example 2)

도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 메모리 소자가 설명된다. Referring to Fig. 5, the magnetic memory device according to a second embodiment of the present invention is described.

기판(200) 상에 하부 전극(210)이 배치된다. The lower electrode 210 is disposed on the substrate 200. 상기 기판(200)은 반도체 기반의 반도체 기판일 수 있다. The substrate 200 may be a semiconductor-based semiconductor substrate. 상기 기판(200)은 도전 영역 및/또는 절연 영역을 포함 할 수 있다. The substrate 200 may include a conductive region and / or insulating region. 상기 하부 전극(210)은 상기 기판(200)의 상기 도전 영역과 전기적으로 연결될 수 있다. The lower electrode 210 may be connected to the electrically conductive regions and the substrate 200. 상기 하부 전극(210)은 상기 기판(200) 상 및/또는 상기 기판(200) 내에 배치될 수 있다. The lower electrode 210 may be disposed within the substrate 200 a and / or the substrate 200. 상기 하부 전극(210)은 라인형, 섬형 및 평판형 중에서 선택된 어느 하나의 형태를 가질 수 있다. The lower electrode 210 may have any one shape selected from the group consisting of line-shaped, island-like and plate-like.

상기 하부 전극(210) 상에 고정층(226, pinning layer)이 배치된다. A fixed bed (226, pinning layer) on the lower electrode 210 is disposed. 상기 고정층(226)은 반강자성 물질을 포함할 수 있다. The fixed bed 226 can include a ferromagnetic material. 예를 들어, 상기 고정층(226)은 PtMn, IrMn, FeMn, NiMn, MnO, MnS, MnTe, MnF 2 , FeF 2 , FeCl 2 , FeO, CoCl 2 , CoO, NiCl 2 , NiO 및 Cr 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the fixed layer 226 is PtMn, IrMn, FeMn, NiMn, MnO, MnS, MnTe, MnF 2, FeF 2, FeCl 2, FeO, CoCl 2, CoO, NiCl 2, at least one selected from the group consisting of NiO and Cr It may contain. 상기 고정층(226)은 인접한 자성층의 자화방향을 일 방향으로 고정시킬 수 있다. The fixed bed 226 can be used to secure the orientation of magnetization of the adjacent magnetic layers in one direction.

상기 고정층(226) 상에 하부 기준층(227)이 제공될 수 있다. The lower reference layer (227) on the fixed layer 226 may be provided. 상기 하부 기준층(227)은 강자성 물질을 포함할 수 있다. The lower reference layer 227 may include a ferromagnetic material. 예를 들어, 상기 하부 기준층(227)은 CoFeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO 2 , MnOFe 2 O 3 , FeOFe 2 O 3 , NiOFe 2 O 3 , CuOFe 2 O 3 , EuO 및 Y 3 Fe 5 O 12 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the lower reference layer 227 is CoFeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO 2, MnOFe 2 O 3, FeOFe 2 O 3, NiOFe 2 O 3 , CuOFe 2 O 3, may include at least one selected from the group consisting of EuO and Y 3 Fe 5 O 12. 상기 하부 기준층(227)의 자화방향은 상기 고정층(226)에 의해 일 방향으로 고정될 수 있다. The magnetization direction of the lower reference layer 227 may be fixed in one direction by the fixed bed 226. The 상기 일 방향은 상기 기판(200) 평면에 평행한 방향들 중 선택될 수 있다. The one direction may be selected in one of a direction parallel to the substrate 200 is flat. 다른 예를 들어, 상기 하부 기준층(227)은 L10 결정구조를 갖는 물질, 조밀육방격자를 갖는 물질 및 비정질 RE-TM 합금 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For another example, the lower reference layer 227 may include at least selected one of the material and the amorphous RE-TM alloy having a hexagonal lattice material, having a density L10 crystal structure. 이 경우, 상기 하부 기준층(227)의 자화방향은 상기 기판(200) 평면에 수직할 수 있다. In this case, the magnetization direction of the lower reference layer 227 may be perpendicular to the substrate 200 is flat.

상기 하부 기준층(227) 상에 기준 교환결합층(228)이 배치될 수 있다. The lower reference layer may be arranged based on the exchange-coupling layer 228 on the (227). 상기 기준 교환결합층(228)은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 크롬(Cr) 및 로듐(Rh)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The standard exchange-coupling layer 228 may include at least one element selected from ruthenium (Ru), iridium (Ir), chromium (Cr), and rhodium (Rh).

상기 기준 교환결합층(228) 상에 상부 기준층(241)이 형성될 수 있다. Based on the exchange-coupling layer 228 may be an upper reference layer 241 is formed. 상기 상부 기준층(241)은 철(Fe)을 포함할 수 있다. The upper reference layer 241 may include iron (Fe). 상기 상부 기준층(241)은 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The upper reference layer 241 may include one selected from cobalt (Co) and nickel (Ni) at least. 상기 상부 기준층(241)은 붕소(B), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하는 비자성 물질 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. The upper reference layer 241 is a boron (B), zinc (Zn), aluminum (Al), titanium (Ti), ruthenium (Ru), tantalum (Ta), silicon (Si), silver (Ag), gold (Au ), copper (may further include at least one of a non-magnetic material comprising Cu), carbon (C) and nitrogen (N). 상기 상부 기준층(241)은 상기 기준 교환결합층(228)에 의해 상기 하부 기준층(227)과 교환결합될 수 있다. The upper reference layer 241 may be coupled to the lower reference layer (227) and exchanged by the standard exchange-coupling layer 228.

상기 상부 기준층(241) 상에 터널 베리어(245)가 형성될 수 있다. On the upper reference layer 241, a tunnel barrier 245 may be formed. 상기 터널 베리어(245)는 비자성 물질을 포함할 수 있다. The tunnel barrier 245 may comprise a non-magnetic material. 상기 터널 베리어(245)는 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 마그네슘-아연(MgZn) 및 마그네슘-붕소(MgB)의 산화물, 및 티타늄(Ti) 및 바나듐(V)의 질화물 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The tunnel barrier 245 is magnesium (Mg), titanium (Ti), aluminum (Al), magnesium-zinc (MgZn) and Mg-oxide of boron (MgB), and titanium (Ti), and nitrides of vanadium (V) in the selection may include at least one. 예를 들어, 상기 터널 베리어(245)는 산화마그네슘(MgO)막일 수 있다. For example, the tunnel barrier 245 may magnesium (MgO) makil oxide. 이와 달리, 상기 터널 베리어(245)는 금속막 및 금속화합물막을 포함하는 복수의 층들을 포함할 수 있다. Alternatively, the tunnel barrier 245 may comprise a plurality of layers including a metal layer and the metal compound film.

상기 터널 베리어(245) 및 상기 상부 기준층(241)은 유사한 결정구조를 가질 수 있다. The tunnel barrier 245 and the upper reference layer 241 may have a similar crystal structure. 예를 들어, 상기 터널 베리어(245) 및 상기 상부 기준층(241)은 각각 NaCl형 결정구조 및 체심입방구조를 가질 수 있다. For example, the tunnel barrier 245, and the upper reference layer 241 may have a NaCl-type crystal structure and a body-centered cubic structure, respectively. 상기 터널 베리어(245)와 상기 상부 기준층(241) 사이의 계면은 동일한 결정면들로 구성될 수 있다. The interface between the tunnel barrier 245, and the upper reference layer 241 may be composed of the same crystal plane. 예를 들어, 상기 터널 베리어(245)와 상기 상부 기준층(241) 사이의 계면은 상기 터널 베리어(245)의 <001>의 결정면은 상기 상부 기준층(241)의 <001>결정면으로 구성될 수 있다. For example, the interface between the tunnel barrier 245, and the upper reference layer 241 is a crystal plane in the <001> of the tunnel barrier 245 can be of a <001> crystal plane of the upper reference layer (241) .

상기 터널 베리어(245) 상에 하부 자유층(249)이 배치될 수 있다. The tunnel barrier is 245, the lower the free layer 249 may be disposed on the. 상기 하부 자유층(249)은 철(Fe)을 포함할 수 있다. The lower the free layer 249 may include iron (Fe). 상기 하부 자유층(249)은 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The lower the free layer 249 may include at least one selected from cobalt (Co) and nickel (Ni). 상기 상부 기준층(241)은 붕소(B), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하는 비자성 물질 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. The upper reference layer 241 is a boron (B), zinc (Zn), aluminum (Al), titanium (Ti), ruthenium (Ru), tantalum (Ta), silicon (Si), silver (Ag), gold (Au ), copper (may further include at least one of a non-magnetic material comprising Cu), carbon (C) and nitrogen (N).

상기 하부 자유층(249) 내의 철(Fe)의 함량은 상기 상부 기준층(241) 내의 철(Fe)의 함량보다 높을 수 있다. The content of iron (Fe) in the bottom free layer 249 may be higher than the content of iron (Fe) in the upper reference layer (241). 상기 하부 자유층(249)의 높은 철(Fe)의 함량에 의해 상기 상부 기준층(241) 및 하부 자유층(249)을 포함하는 자기 메모리 셀의 신뢰성이 향상될 수 있다. By a high content of iron (Fe) of the lower free layer 249 can be improved and the reliability of magnetic memory cells including the upper reference layer 241 and the lower free layer 249. 자기터널접합을 구성하는 기준층과 자유층에 있어서, 기준층의 철의 함량이 높은 경우, 이러한 자기터널접합을 포함하는 자기 메모리 셀은 비정상적인 스위칭 거동을 보일 수 있다. In the reference layer and the free magnetic layer constituting the tunnel junction, if the content of the reference layer of the iron is high, the magnetic memory cell that includes such a magnetic tunnel junction can be seen the abnormal switching behavior. 일 예로, 상대적으로 낮은 함량의 철을 포함하는 자유층의 자화방향은 상기 기준층의 자화방향과 평행한 방향으로 유지되지 못할 수 있다. For example, the magnetization direction of the free layer, which contains iron of a relatively low content can not be maintained in a direction parallel to the magnetization direction of the reference layer. 이에 따라, 자기 메모리 셀을 평행 상태(상기 자유층의 자화방향과 상기 기준층의 자화방향이 평행한 상태)로 스위칭하는 경우, 상기 자유층의 자화방향이 비정상적으로 반전될 수 있다. Thus, it is, it can have the magnetization direction of the free layer is reversed to the case of abnormal switching as parallel to a magnetic memory cell (state in which the magnetization direction and the magnetization direction of the reference layer of the free layer parallel). 이러한 비정상적인 스위칭 현상에 의해 상 기 자유층을 포함하는 자기 메모리 셀의 신뢰성이 저하될 수 있다. The reliability of the magnetic memory cell including a free layer by a group such abnormal switching phenomena can be reduced. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 하부 자유층(249)은 상기 상부 기준층(241)에 비해 높은 철 함량을 갖는다. However, in accordance with embodiments of the present invention, the lower the free layer 249 has a high iron content relative to the upper reference layer (241). 이에 따라, 자기 메모리 셀의 평행 상태로의 스위칭 동작에서 상기 하부 자유층(249)의 자화방향은 상기 상부 기준층(241)의 자화방향과 평행한 상태에서 안정적으로 유지될 수 있다. In this way, in the self-switching operation of the parallel state of the memory cell, the magnetization direction of the lower free layer 249 may be stably maintained in a state parallel to the magnetization direction of the upper reference layer (241). 즉, 상기 하부 자유층(249)의 자화방향이 비정상적으로 반전되지 않을 수 있다. That is, the magnetization direction of the lower free layer 249 may not be inflated inverted. 따라서, 상기 하부 자유층(249)을 포함하는 자기 메모리 셀의 신뢰성이 향상될 수 있다. Thus, the reliability of the magnetic memory cell, including the lower free layer 249 can be improved.

상기 하부 자유층(249) 상에 자유 교환결합층(265)이 배치될 수 있다. On the lower free layer 249 may be free-exchange-coupling layer 265 is disposed. 상기 자유 교환결합층(265)은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 크롬(Cr) 및 로듐(Rh)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The free exchange-coupling layer 265 may include at least one element selected from ruthenium (Ru), iridium (Ir), chromium (Cr), and rhodium (Rh).

상기 자유 교환결합층(265) 상에 상부 자유층(266)이 배치될 수 있다. On the free exchange-coupling layer 265 may be a top free layer 266 is disposed. 상기 상부 자유층(266)은 강자성 물질을 포함할 수 있다. The upper free layer 266 may include a ferromagnetic material. 예를 들어, 상기 상부 자유층(266)은 CoFeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO 2 , MnOFe 2 O 3 , FeOFe 2 O 3 , NiOFe 2 O 3 , CuOFe 2 O 3 , EuO 및 Y 3 Fe 5 O 12 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the top free layer 266 is CoFeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO 2, MnOFe 2 O 3, FeOFe 2 O 3, NiOFe 2 O 3, CuOFe 2 O 3, may include at least one selected from the group consisting of EuO and Y 3 Fe 5 O 12. 자기 메모리 셀의 동작시 상기 상부 자유층(266)의 자화방향은 상기 기판(200) 평면에 평행한 제1 방향 또는 제2 방향으로 변동될 수 있다. The magnetization direction of the magnetic memory cell during operation of the upper free layer 266 can be varied in a first direction or a second direction parallel to the substrate 200 plane. 다른 예를 들어, 상기 상부 자유층(266)은 비정질 RE-TM 합금 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For another example, the top free layer 266 may include at least selected one of amorphous RE-TM alloy. 이 경우, 자기 메모리 셀의 동작시 상기 상부 자유층(266)의 자화방향은 상기 기판(200) 평면에 수직한 제1 방향 또는 제2 방향으로 변동될 수 있 다. In this case, the magnetization direction of the magnetic memory cell during operation of the upper free layer 266 of the can is varied in a first direction or a second direction perpendicular to the substrate 200 is flat. 상기 상부 자유층(266)은 상기 자유 교환결합층(265)에 의해 상기 하부 자유층(249)와 교환결합될 수 있다. The upper free layer 266 may be exchange coupled with the bottom free layer 249 by exchange coupling said free layer (265).

상기 상부 자유층(266) 상에 캐핑층(270)이 배치된다. The capping layer 270 on the top free layer 266 is disposed. 상기 캐핑층(270)은 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 질화탄탈륨(TaN) 및 질화티타늄(TiN) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The capping layer 270 is selected from tantalum (Ta), aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), tantalum nitride (TaN) and titanium nitride (TiN) It may include at least one.

도시된 바와 달리, 상기 하부 및 상부 자유층(249, 266)과 상기 하부 및 상부 기준층(227, 241)의 위치는 변경될 수 있다. Otherwise shown, the position of the lower and upper free layer (249, 266) and said lower and upper reference layer (227, 241) may be changed. 예를 들어, 하부 및 상부 자유층(249, 266)이 상기 터널 베리어(245) 아래에 배치되고, 상기 하부 및 상부 기준층(227, 241)이 상기 터널 베리어(245) 상에 배치될 수 있다. For example, the lower and upper free layer (249, 266) is disposed below the tunnel barrier 245, the lower and upper reference layer (227, 241) may be disposed over the tunnel barrier (245). 이 경우, 상기 하부 전극(210)과 상기 터널 베리어(245) 사이에 상부 자유층(266), 자유 교환결합층(265) 및 하부 자유층(249)이 차례로 적층되고, 상기 터널 베리어(245)와 상기 캐핑층(270) 사이에 상부 기준층(241), 기준 교환결합층(228) 및 하부 기준층(227)이 차례로 적층될 수 있다. In this case, the lower electrode 210 and the tunnel barrier 245, the upper free layer 266, the free exchange-coupling layer 265 and the lower free layer 249 in between are laminated in order, wherein the tunnel barrier (245) and the capping layer 270, the upper reference layer (241), based on exchange-coupling layer 228, and a lower reference layer 227 between the can be sequentially stacked.

도 6을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 자기 메모리 소자가 설명된다. Referring to Fig. 6, the magnetic memory device according to a second embodiment variant of the invention is described. 도 5를 참조하여 설명된 구성요소들에 대한 설명은 생략될 수 있다. FIG description of the components described with reference to Figure 5 may be omitted.

하부 전극(210) 상에 수직 하부 기준층(223)이 배치될 수 있다. A vertical lower reference layer 223 may be disposed on the lower electrode 210. 상기 수직 하부 기준층(223)은 교대로 적층된 비자성층들(221)과 강자성층들(222)을 포함할 수 있다. The vertical lower reference layer 223 may comprise a non-magnetic layer laminated alternately in 221 and the ferromagnetic layer 222. 상기 강자성층들(222)은 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 비자성층들(121)은 크롬(Cr), 백금(Pt), 팔라 듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 레늄(Re), 금(Au), 및 구리(Cu) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The ferromagnetic layer 222 is iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni) may include at least selected one of, said non-magnetic layer 121 may be chromium (Cr), platinum (Pt), Palladium, rhodium may include (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), osmium (Os), rhenium (Re), gold, at least a selected one of (Au), and copper (Cu) . 예를 들어, 상기 수직 하부 기준층(223)은 [Co/Pt]m, [Co/Pd]m 또는 [Ni/Pt]m (m은 층의 적층 횟수로, 2 이상의 자연수)을 포함할 수 있다. For example, the vertically lower reference layer 223 may include a [Co / Pt] m, [Co / Pd] m or [Ni / Pt] m (m is a stacked number of the layer, a natural number of 2 or more) . 일 실시예에서, 상기 비자성층들(221) 및 강자성층들(222)은 각각 2 내지 20회 적층될 수 있다. In one embodiment, the non-magnetic layer of 221 and the ferromagnetic layer 222 may be laminated 2 to 20 times, respectively. 상기 수직 하부 기준층(223)은 상기 기판(200) 및 상기 수직 하부 기준층(223)의 평면들에 수직한 방향으로 전류가 흐르는 경우, 상기 전류과 평행한 방향의 자화방향들을 갖도록 구성될 수 있다(configured). The vertical lower reference layer 223 may be configured to have a case in which a current flows in a direction perpendicular to the plane of the substrate 200 and the vertical lower reference layer 223, the jeonryugwa magnetization direction in the direction parallel (configured ). 이를 위해, 상기 강자성층들(222)은 1개 내지 수개의 원자층의 두께로 얇게 형성될 수 있다. For this purpose, the ferromagnetic layer 222 can be formed thin with a thickness of one to several atomic layers.

하부 자유층(249) 상에 수직 상부 자유층(263)이 배치될 수 있다. A vertical upper free layer 263 may be disposed on the lower free layer 249. 상기 수직 상부 자유층(263)은 교대로 적층된 비자성층들(261)과 강자성층들(262)을 포함할 수 있다. The vertical upper free layer 263 may include a non-magnetic layer laminated alternately in 261 and the ferromagnetic layer 262. 상기 강자성층들(262)은 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 비자성층들(261)은 크롬(Cr), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 레늄(Re), 금(Au), 및 구리(Cu) 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The ferromagnetic layer 262 is iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni) may include at least selected one of, said non-magnetic layer 261 of chromium (Cr), platinum (Pt), palladium may include (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), osmium (Os), rhenium (Re), gold, at least a selected one of (Au), and copper (Cu). 예를 들어, 상기 수직 상부 자유층(263)은 [Co/Pt]n, [Co/Pd]n 또는 [Ni/Pt]n (n은 층의 적층 횟수로, 2 이상의 자연수)을 포함할 수 있다. For example, the vertical upper free layer 263 is [Co / Pt] n, [Co / Pd] n or [Ni / Pt] n may comprise a (n is a stacked number of the layer, a natural number of 2 or more) have. 일 실시예에서, 상기 비자성층들(261) 및 강자성층들(262)은 각각 2 내지 20회 적층될 수 있다. In one embodiment, the non-magnetic layer of 261 and the ferromagnetic layer 262 may be laminated 2 to 20 times, respectively. 상기 수직 상부 자유층(263) 내의 비자성층들(261)과 강자성층들(262)의 적층 횟수(n)는 상기 수직 하부 기준층(223) 내의 비자성층들(221)과 강자성층들(222)의 적층 횟수(m)보다 작을 수 있다. The non-magnetic layer of 221 and the ferromagnetic layer in the vertical of the upper magnetic layer in the free layer 263, 261, and stacking number (n) of the ferromagnetic layer 262 is the vertical lower reference layer 223 (222) the laminate may be less than the number (m).

다시 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 메모리 소자의 형성방법이 설명된다. Referring again to Figure 5, a method of forming a magnetic memory device according to a second embodiment of the present invention is described. 기판(200) 상에 하부 전극(210)이 형성된다. The lower electrode 210 is formed on the substrate 200. 상기 하부 전극(210)은 상기 기판(200) 상 및/또는 상기 기판(200) 내에 형성될 수 있다. The lower electrode 210 may be formed in the substrate 200 a and / or the substrate 200.

상기 하부 전극(210) 상에 고정층(226)이 형성된다. The fixed bed 226 on the lower electrode 210 is formed. 상기 고정층(226)은 반강자성물질을 포함할 수 있다. The fixed bed 226 can include a ferromagnetic material. 일 실시예에서, 상기 고정층(226)을 대체하여 시드층이 형성될 수 있다. In one embodiment, the seed layer may be formed by replacing the fixed bed 226. 상기 시드층은 소정의 결정구조를 갖는 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. The seed layer may include a metal or metal alloy having a desired crystal structure.

상기 고정층(226) 상에 하부 기준층(227)이 형성될 수 있다. The lower reference layer (227) on the fixed layer 226 may be formed. 상기 하부 기준층(227)은 강자성물질을 포함할 수 있다. The lower reference layer 227 may include a ferromagnetic material. 예를 들어, 상기 하부 기준층(227)은 CoFeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO 2 , MnOFe 2 O 3 , FeOFe 2 O 3 , NiOFe 2 O 3 , CuOFe 2 O 3 , EuO 및 Y 3 Fe 5 O 12 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For example, the lower reference layer 227 is CoFeB, Fe, Co, Ni, Gd, Dy, CoFe, NiFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO 2, MnOFe 2 O 3, FeOFe 2 O 3, NiOFe 2 O 3 , CuOFe 2 O 3, may include at least one selected from the group consisting of EuO and Y 3 Fe 5 O 12. 다른 예를 들어, 상기 하부 기준층(227)은 L10 결정구조를 갖는 물질, 조밀육방격자를 갖는 물질 및 RE-TM 합금 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. For another example, the lower reference layer 227 may include at least selected one of a material and a RE-TM alloy having a substance, having a dense hexagonal lattice L10 crystal structure.

상기 하부 기준층(227) 상에 기준 교환결합층(228)이 형성될 수 있다. The standard exchange-coupling layer 228 on the lower reference layer 227 can be formed. 상기 기준 교환결합층(228)은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 크롬(Cr) 및 로듐(Rh)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The standard exchange-coupling layer 228 may include at least one element selected from ruthenium (Ru), iridium (Ir), chromium (Cr), and rhodium (Rh).

상기 기준 교환결합층(228) 상에 상부 기준층(241), 터널 베리어(245) 및 하부 자유층(249)이 형성될 수 있다. The upper reference layer 241, tunnel barrier 245, and the lower free layer (249) on the basis exchange-coupling layer 228 may be formed. 상기 상부 기준층(241) 및 상기 하부 자유 층(249)은 비정질 상태로 형성되고, 상기 터널 베리어(245)는 NaCl형의 결정상태로 형성될 수 있다. The upper reference layer 241 and the lower free layer 249 is formed of an amorphous state, the tunnel barrier 245 may be formed from a crystalline state of type NaCl. 상기 상부 기준층(241) 및 상기 하부 자유층(249)의 결정구조는 이후의 어닐링 공정에 의해 상기 터널 베리어(245)의 결정구조를 따라 배향될 수 있다. The crystal structure of the upper reference layer 241 and the lower free layer 249 may be by an annealing process after the orientation in accordance with the crystal structure of the tunnel barrier (245).

상기 하부 자유층(249) 상에 자유 교환결합층(265)이 형성될 수 있다. The free exchange-coupling layer 265 on the lower free layer 249 may be formed. 상기 기준 교환결합층(228)은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 크롬(Cr) 및 로듐(Rh)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The standard exchange-coupling layer 228 may include at least one element selected from ruthenium (Ru), iridium (Ir), chromium (Cr), and rhodium (Rh).

상기 자유 교환결합층(265) 상에 상부 자유층(266)이 형성될 수 있다. On the free exchange-coupling layer 265 may be a top free layer 266 is formed. 상기 상부 자유층(266)은 강자성 물질을 포함할 수 있다. The upper free layer 266 may include a ferromagnetic material. 상기 상부 자유층(266) 상에 캐핑층(270)이 형성될 수 있다. The capping layer 270 on the top free layer 266 may be formed.

상기 하부 전극(210) 상에 적층된 층들이 패터닝된다. Are laminated layer on the lower electrode 210 is patterned. 상기 패터닝은 포토리소그라피 및 전자빔을 포함하는 다양한 패터닝 공정 중 선택된 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다. The patterning may be performed by at least a selected one of various patterning step including a photolithography and electron beam. 상기 패터닝은 모든 막들이 형성된 후 수행되거나, 일부의 막들을 형성한 후 수행될 수도 있다. The patterning may be performed after or performed after all the films are formed, forming a part of the film. 일부의 막들에 대해서만 패터닝이 수행된 경우 나머지 막들을 형성한 후 추가적인 패터닝이 수행될 수 있다. If the pattern only a portion of the films is performed after the formation of the rest of the film, there is an additional patterning can be performed.

도 6을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 자기 메모리 소자의 형성방법이 설명된다. With reference to FIG. 6, a method of forming a magnetic memory device according to a second embodiment variant of the invention it is described. 앞서 도 5에서 설명된 구성요소들의 형성방법에 관한 설명은 생략된다. Previously described also relates to a method of forming the component described in 5 will be omitted.

하부 전극(210) 상에 비자성층들(221) 및 강자성층들(222)이 교대로 적층될 수 있다. The non-magnetic layer on the lower electrode 210, 221 and the ferromagnetic layer 222 may be alternately stacked. 상기 강자성층들(222)은 1개 내지 수개의 원자의 두께로 증착될 수 있다. The ferromagnetic layer 222 may be deposited by one to the number of atoms thick. 상기 하부 전극(210) 상에 형성된 비자성층들(221) 및 강자성층들(222)은 수직 하부 기준층(223)을 구성할 수 있다. The non-magnetic layer of 221 and a ferromagnetic layer formed on the lower electrode 210, 222 can be configured to vertically lower reference layer (223).

상기 하부 자유층(249) 상에 비자성층들(261) 및 강자성층들(262)이 교대로 적층될 수 있다. The lower the free layer 249 in the non-magnetic layer onto the 261 and the ferromagnetic layer 262 may be alternately stacked. 상기 강자성층들(262)은 1개 내지 수개의 원자의 두께로 형성될 수 있다. The ferromagnetic layer 262 may be formed with one to the number of atoms thick. 상기 하부 자유층(249) 상에 형성된 비자성층들(221) 및 강자성층들(222)은 수직 상부 자유층(263)을 구성할 수 있다. Said lower free layer 249 in the non-magnetic layer 221 and a ferromagnetic layer formed on the (222) can be configured to vertically upper free layer 263.

상기 수직 하부 기준층(223)의 상기 비자성층들(221) 및 상기 강자성층들(222)의 적층 횟수는 상기 수직 상부 자유층(262)의 상기 비자성층들(261) 및 상기 강자성층들(262)의 적층 횟수보다 많을 수 있다. Said non-magnetic layer of 221 and the stacking number of the ferromagnetic layer 222 is the non-magnetic layer of 261 and the ferromagnetic layer of the vertically upper free layer 262 in the vertical lower reference layer 223 (262 ) it may be greater than the number of lamination.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 메모리 소자를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a magnetic memory device according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 일 변형예에 따른 자기 메모리 소자를 나타내는 도면이다. 2 is a view showing a magnetic memory device according to a first embodiment of a modification of the present invention.

도 3은 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 자기 메모리 소자를 나타내는 도면이다. 3 is a view showing a magnetic memory device according to a further modification of the first embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 메모리 소자의 형성방법을 설명하기 위한 도면이다. Figures 4a to 4c are views for explaining a method of forming a magnetic memory device according to a first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 메모리 소자를 나타내는 도면이다. 5 is a view showing a magnetic memory device according to a second embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 자기 메모리 소자를 나타내는 도면이다. 6 is a view showing a magnetic memory device according to a second embodiment variant of the invention.

Claims (9)

  1. 기판 상의 터널 베리어; Tunnel barrier on the substrate;
    상기 터널 베리어의 일 면과 접하는 제1 접합 자성층과 상기 제1 접합 자성층에 의해 상기 터널 베리어와 이격되는 제1 수직 자성층; The first vertical magnetic layers first magnetic layers bonded in contact with one surface of the tunnel barrier and the magnetic layer by said first junction being spaced apart from the tunnel barrier;
    상기 터널 베리어의 다른 면과 접하는 제2 접합 자성층과 상기 제2 접합 자성층에 의해 상기 터널 베리어와 이격되는 제2 수직 자성층; The second vertical magnetic layer second magnetic layers bonded in contact with the other side of the tunnel barrier and the magnetic layer by the second joint is spaced apart from the tunnel barrier; And
    상기 제1 접합 자성층과 상기 제1 수직 자성층 사이의 비자성층을 포함하되, Comprising: a non-magnetic layer between the first magnetic layer and joining said first perpendicular magnetic layer,
    상기 비자성층은 상기 비자성층의 상부면 및/또는 하부면과 접하는 금속 화합물층을 더 포함하고, The non-magnetic layer further comprises a metal compound layer in contact with the upper and / or lower surface of the non-magnetic layer,
    상기 금속 화합물층은 금속 산화물, 금속 질화물, 및 금속 산질화물 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 자기 메모리 소자. The metal compound layer is a magnetic memory element including at least a selected one of metal oxide, metal nitride, and metal oxynitride.
  2. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 자기 메모리 소자의 동작시, 상기 제1 수직 자성층과 상기 제2 수직 자성층의 자화방향은 상기 기판 평면에 수직한 자기 메모리 소자. A magnetic memory element perpendicular to the substrate plane during the self-operation of the memory device, the first magnetization direction of the vertical magnetic layer and said second magnetic layer is perpendicular.
  3. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 제2 접합 자성층과 상기 제2 수직 자성층 사이의 다른 비자성층을 더 포함하는 자기 메모리 소자. The magnetic memory device further comprising: another non-magnetic layer between the second magnetic layer bonded to the second vertical magnetic layer.
  4. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 제1 접합 자성층 및/또는 상기 제2 접합 자성층은 제1 결정구조를 갖 고, The first junction magnetic layer and / or the second magnetic layer is bonded and has a first crystal structure,
    상기 제1 수직 자성층 및/또는 상기 제2 수직 자성층은 상기 제1 결정구조와 상이한 제2 결정구조를 갖는 자기 메모리 소자. The first vertical magnetic layer and / or the second vertical magnetic layer is a magnetic memory device having a second, different crystal structure as the first crystal structure.
  5. 청구항 4에 있어서, The method according to claim 4,
    상기 터널 베리어와 상기 제1 접합 자성층 사이의 계면에서의 상기 터널 베리어의 결정면은 상기 계면에서의 상기 제1 접합 자성층의 결정면과 동일한 자기 메모리 소자. Wherein the tunnel barrier and the first crystal plane of the junction interface between the tunnel barrier in the magnetic layer is the same between magnetic memory element and the crystal plane of the first magnetic layer of the junction at the interface.
  6. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 비자성층은 2 내지 20Å의 두께를 갖는 자기 메모리 소자. The non-magnetic layer is a magnetic memory element has a thickness of from 2 to 20Å.
  7. 삭제 delete
  8. 기판 상의 터널 베리어; Tunnel barrier on the substrate;
    상기 터널 베리어의 일 면과 직접 접하되 상기 기판 평면과 평행한 평면을 갖는 하부 자유 자성층; But directly in contact with one surface of the tunnel barrier lower free magnetic layer having a plane parallel to the substrate plane;
    상기 하부 자유 자성층을 사이에 두고 상기 터널 베리어로부터 이격되는 상부 자유 자성층; The upper free magnetic layer interposed between the lower free magnetic layer that is remote from the tunnel barrier;
    상기 하부 자유 자성층과 상기 상부 자유 자성층 사이의 자유 교환결합층; Free exchange coupling layer between the lower free magnetic layer and the upper free magnetic layer;
    상기 터널 베리어의 다른 면과 직접 접하되 상기 기판 평면과 평행한 평면을 갖는 상부 기준 자성층; But directly in contact with the other side of the tunnel barrier upper reference magnetic layer having a plane parallel to the substrate plane;
    상기 상부 기준 자성층을 사이에 두고 상기 터널 베리어로부터 이격되는 하부 기준 자성층; Lower reference magnetic layer is spaced between the upper reference magnetic layer from the tunnel barrier; And
    상기 상부 기준 자성층과 상기 하부 기준 자성층 사이의 기준 교환결합층을 포함하되, Comprising: a standard exchange-coupling layer between the upper magnetic layer and the lower standard reference magnetic layer,
    상기 하부 자유 자성층 및 상기 상부 기준 자성층은 철(Fe)을 포함하고, 상기 하부 자유 자성층의 철(Fe)의 함량은 상기 상부 기준 자성층의 철(Fe)의 함량보다 크거나 같은 자기 메모리 소자. A magnetic memory device as the lower free magnetic layer and the upper magnetic layer is based on the content of iron (Fe), and includes the lower free magnetic layer of iron (Fe) is greater than the content of iron (Fe) of the upper magnetic layer, or reference.
  9. 청구항 8에 있어서, The method according to claim 8,
    상기 하부 자유 자성층 및/또는 상기 상부 기준 자성층은 비자성 원소를 더 포함하는 자기 메모리 소자. The magnetic memory device of the lower free magnetic layer and / or the upper reference magnetic layer further comprises a non-magnetic element.
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