TW201308324A - 磁隧接面裝置、記憶體、記憶體系統及電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種磁隧接面裝置，該磁隧接面裝置包含：一第一結構，其包含一磁性層；一第二結構，其包含至少兩個外在垂直磁化結構，該等外在垂直磁化結構各包含一磁性層及在該磁性層上之一垂直磁化誘導層；及一穿隧障壁，其介於該第一結構與該第二結構之間。

Description

磁隧接面裝置、記憶體、記憶體系統及電子裝置
發明概念之實施例大體上係關於半導體記憶體裝置。例如，發明概念之實施例係關於包含磁隧接面裝置、記憶體、記憶體系統及電子裝置之半導體記憶體裝置。
此美國非臨時專利申請案根據35 U.S.C.§119規定主張於2011年8月10日在韓國知識產權局申請之韓國專利申請案第10-2011-0079627號之優先權，該申請案之全文以引用之方式併入本文中。
隨著攜帶型計算裝置及無線通信裝置之使用日益增加，記憶體裝置可需要更高密度、更低功率及/或非揮發性性質。磁性記憶體裝置可能夠滿足前述技術要求。
用於一磁性記憶體裝置之一例示性資料儲存機制係一磁隧接面(MTJ)之一穿隧磁阻(TMR)效應。例如，已開發具有MTJ之一磁性記憶體裝置，使得MTJ可具有幾百至幾千百分比之一TMR比率。然而，由於型樣尺寸減小，所以提供一熱穩定MTJ可變得愈加困難。
發明概念之實施例提供具有改良熱穩定性之磁性記憶體裝置。
根據發明概念之例示性實施例，一種磁隧接面裝置可包含：一第一結構，其包含一磁性層；一第二結構，其包含至少兩個外在垂直磁化結構，該至少兩個外在垂直磁化結 構各包含一磁性層；及一垂直磁化誘導層，其在磁性層上；及一穿隧障壁，其介於第一結構與第二結構之間。
在例示性實施例中，第二結構進一步包含額外外在垂直磁化結構，其等各包含一磁性層；及一垂直磁化誘導層，其在磁性層上。
在例示性實施例中，磁隧接面進一步包含在該等垂直磁化誘導層之一者上之一垂直磁化保持層。
在例示性實施例中，各磁性層具有小於各垂直磁化誘導層之一氧親和力。
在例示性實施例中，各垂直磁化保持層具有小於各垂直磁化誘導層之一氧親和力。
在例示性實施例中，該等磁性層係由一鐵磁性材料製成。
在例示性實施例中，鐵性磁材料係CoFeB、CoFe、NiFe、CoFePt、CoFePd、CoFeCr、CoFeTb、CoFeGd或CoFeNi之至少一者。
在例示性實施例中，該等磁性層具有在約1埃至約30埃之一範圍中之一厚度。
在例示性實施例中，該等磁性層具有在約3埃至約17埃之一範圍中之一厚度。
在例示性實施例中，該等垂直磁化誘導層係與該等磁性層直接接觸。
在例示性實施例中，該等垂直磁化誘導層係一含氧材料。
在例示性實施例中，該等垂直磁化誘導層係一金屬氧化物。
在例示性實施例中，金屬氧化物係氧化鎂、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋁、鎂鋅氧化物、氧化鉿或鎂硼氧化物之至少一者。
在例示性實施例中，該等垂直磁化誘導層包含Ta、Ti、U、Ba、Zr、Al、Sr、Hf、La、Ce、Sm、Mg、Th、Ca、Sc、或Y之至少一者。
在例示性實施例中，該等垂直磁化誘導層具有高於該等磁性層或該垂直磁化保持層之一電阻率。
在例示性實施例中，該等垂直磁化誘導層具有小於該等磁性層或該垂直磁化保持層之一厚度。
在例示性實施例中，垂直磁化保持層具有低於該等垂直磁化誘導層之一電阻率。
在例示性實施例中，垂直磁化保持層係由至少一貴金屬或銅形成。
在例示性實施例中，該至少一貴金屬包含釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)或金(Au)。
在例示性實施例中，垂直磁化保持層係由具有低於鉭或鈦之一電阻率之材料之至少一者形成。
在例示性實施例中，磁隧接面進一步包含一基板；其中第一結構係較靠近基板之一下結構，且其中第二結構係離基板較遠之一上結構。
在例示性實施例中，第二結構之磁性層係自由磁性層。
在例示性實施例中，第一結構包含若干固定磁性層。
在例示性實施例中，磁隧接面進一步包含在垂直磁化保持層上之一頂部電極。
在例示性實施例中，磁隧接面進一步包含一基板；其中第一結構係離基板較遠之一上結構且第二結構係較靠近基板之一下結構。
在例示性實施例中，第一結構包含至少兩個外在垂直磁化結構，其等各包含：一磁性層及一垂直磁化誘導層，其在該磁性層上；一金屬層，其介於兩個垂直磁化誘導層之間；及一垂直磁化保持層，其在該等垂直磁化誘導層之一者上。
在例示性實施例中，第一結構中之至少兩個外在垂直磁化結構之數目大於第二結構中之至少兩個外在垂直磁化結構之數目。
根據發明概念之例示性實施例，一種電子裝置可包含一匯流排；一無線介面，其經組態以將資料傳輸至連接至匯流排之一無線通信網路或自該無線通信網路接收資料；一I/O(輸入/輸出)裝置，其連接至匯流排；一控制器，其連接至匯流排；及一記憶體，其包含一半導體裝置，該半導體裝置包含一磁隧接面裝置，該記憶體連接至匯流排、經組態以儲存待由控制器使用之一命令碼或使用者資料。
根據發明概念之例示性實施例，一種記憶體系統可包含：一記憶體裝置，其用於儲存資料，該記憶體裝置包含 一半導體裝置，該半導體裝置包含一磁隧接面裝置；及一記憶體控制器，其經組態以控制記憶體裝置以回應於一主機之一讀取/寫入請求而讀取儲存在記憶體裝置中之資料或將資料寫入至記憶體裝置中。
根據發明概念之例示性實施例，一種磁隧接面裝置可包含：一第一結構，其包含一固定磁性層；一穿隧障壁，其在該第一結構上；一第二結構，其在該穿隧障壁上，該第二結構包含在該穿隧障壁上之一第一磁性層、在該第一磁性層上之一第一垂直磁化誘導層、在該第一垂直磁化誘導層上之一交換耦合層、在該交換耦合層上之一第二垂直磁化誘導層、在該第二垂直磁化誘導層上之一第二磁性層、在該第二磁性層上之一第三垂直磁化誘導層。
在例示性實施例中，磁隧接面裝置進一步包含在第三垂直磁化誘導層上之一垂直磁化保持層。
在例示性實施例中，各磁性層具有小於各垂直磁化誘導層之一氧親和力。
在例示性實施例中，各垂直磁化保持層具有小於各垂直磁化誘導層之一氧親和力。
在例示性實施例中，垂直磁化誘導層係一金屬氧化物。
在例示性實施例中，金屬氧化物係氧化鎂、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋁、鎂鋅氧化物、氧化鉿或鎂硼氧化物之至少一者。
在例示性實施例中，該等垂直磁化誘導層包含Ta、Ti、U、Ba、Zr、Al、Sr、Hf、La、Ce、Sm、Mg、Th、Ca、 Sc、或Y之至少一者。
在例示性實施例中，該等垂直磁化誘導層具有高於該等磁性層或該垂直磁化保持層之一電阻率。
在例示性實施例中，該等垂直磁化誘導層具有小於該等磁性層或該垂直磁化保持層之一厚度。
在例示性實施例中，磁隧接面進一步包含一基板；其中第一結構係較靠近基板之一下結構，且其中第二結構係離基板較遠之一上結構。
在例示性實施例中，第二結構之磁性層係自由磁性層。
在例示性實施例中，第一結構包含若干固定磁性層。
在例示性實施例中，磁隧接面進一步包含在垂直磁化保持層上之一頂部電極。
在例示性實施例中，磁隧接面進一步包含一基板；其中第一結構係離基板較遠之一上結構且第二結構係較靠近基板之一下結構。
根據發明概念之例示性實施例，一種電子裝置可包含：一匯流排；一無線介面，其經組態以將資料傳輸至連接至匯流排之一無線通信網路或自該無線通信網路接收資料；一I/O裝置，其連接至匯流排；一控制器，其連接至該匯流排；及一記憶體，其包含一半導體裝置，該半導體裝置包含一磁隧接面裝置，該記憶體連接至匯流排、經組態以儲存待由控制器使用之一命令碼或使用者資料。
根據發明概念之例示性實施例，一種記憶體系統可包含：一記憶體裝置，其用於儲存資料，該記憶體裝置包含 一半導體裝置，該半導體裝置包含一磁隧接面裝置；及一記憶體控制器，其經組態以控制該記憶體裝置以回應於一主機之一讀取/寫入請求而讀取儲存在記憶體裝置中之資料或將資料寫入至記憶體裝置中。
結合隨附圖式，自以下簡要描述將更清楚地理解例示性實施例。隨附圖式表示如本文中所描述之非限制性、例示性實施例。
應注意，此等圖意欲圖解說明某些例示性實施例中所利用之方法、結構及/或材料之一般特性且補充下文提供之書面描述。然而，此等圖式並未按比例繪製且未必精確反應任何給定實施例之精確結構或效能特性，且不應被解釋為定義或限制例示性實施例所涵蓋之價值或性質之範圍。例如，為清晰起見可減小或放大分子、層、區域及/或結構元件之相對厚度及定位。在多種圖式中使用類似或相同元件符號意欲指示存在類似或相同元件或特徵部。
現將參照其中展示例示性實施例之隨附圖式更充分地描述發明概念之例示性實施例。然而，發明概念之例示性實施例可以許多不同形式體現且不應被解釋為限制於本文中闡述之例示性實施例；實情係，提供此等例示性實施例使得本揭示內容將係全面及完整的，且將例示性實施例之概念充分地傳達給一般技術者。在圖式中，為清晰起見放大層及區域之厚度。在圖式中，相似元件符號表示相似元件，且因此將省略其等之描述。
應瞭解，當將一元件稱為係「連接」或「耦合」至另一元件時，該元件可直接連接或耦合至另一元件或可存在中介元件。相比之下，當將一元件稱為係「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在中介元件。全文中，相似數字指示相似元件。如本文中使用之術語「及/或」包含相關聯所列項之一或多者之任意及全部組合。應以一相似方式解釋用於描述元件或層之間之關係之其他字詞(例如，「介於」相對於「直接介於」，「鄰近」相對於「直接鄰近」，「在...上」相對於「直接在...上」)。
應瞭解，雖然本文中可使用術語「第一」、「第二」等以描述多種元件、組件、區域、層及/或區段，但此等元件、組件、區域、層及/或區段不應受此等術語限制。此等術語僅用以將一元件、組件、區域、層或區段與另一元件、組件、區域、層或區段區別開。因此，在不脫離例示性實施例之教示之情況下，下文論述之一第一元件、組件、區域、層或區段可稱作一第二元件、組件、區域、層或區段。
為便於描述，本文可使用空間相對術語(諸如「在...之下」、「在...下方」、「下」、「在...上方」、「上」及類似物)以描述如圖式中圖解說明之一元件或特徵部與另一(些)元件或特徵部之關係。應瞭解，除圖中描述之定向以外，空間相對術語意欲亦涵蓋使用中或操作中之裝置之不同定向。例如，若翻轉圖式中之裝置，則描述為在其他元件或特徵部「下方」或「之下」之元件將經定向而在其他元件或特 徵部之「上方」。因此，例示性術語「在...下方」可涵蓋上方定向及下方定向兩者。裝置可以其他方式定向(旋轉90度或在其他定向上)且本文中使用之空間相對描述符相應地作出解釋。
本文中使用之術語僅係為了描述特定例示性實施例且並非意欲限制例示性實施例。如本文中所使用，單數形式「一」、「一個」及「該」意欲亦包含複數形式，除非上下文另有清楚指示。將進一步瞭解，術語「包括」及/或「包含」(若於本文中使用)指定存在所述特徵部、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但並不排除存在或添加一或多個其他特徵部、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其等之群組。
本文中參照橫截面圖解描述發明概念之例示性實施例，該等橫截面圖解係例示性實施例之理想化實施例(及中間結構)之示意性圖解。因而，可預期由於(例如)製造技術及/或容限所致之圖解之形狀之變動。因此，發明概念之例示性實施例不應被視為限制於本文中圖解說明之區域之特定形狀而係包含(例如)起因於製造之形狀偏差。例如，圖解說明為一矩形之一植入區域可在其邊緣處具有圓形或彎曲特徵部及/或一植入濃度梯度而非自經植入區域至非植入區域之二元變化。同樣，藉由植入形成之一埋入區域可導致埋入區域與表面(植入透過該表面而發生)之間之區域中之一些植入。因此，圖中圖解說明之區域本質上係示意性且其等之形狀並非意欲圖解說明一裝置之一區域之實際 形狀且並非意欲限制例示性實施例之範疇。
除非另外定義，否則本文中使用之全部術語(包含技術及科學術語)具有相同於發明概念之例示性實施例所屬之技術之一般人員普遍理解之含意。應進一步瞭解，術語(諸如普遍使用之字典中定義之術語)應解釋為具有與其等在相關技術之內容背景中之含意一致之含意且不應以一理想化或過於正式之意義來解釋，除非本文中明確地如此定義。
根據發明概念之例示性實施例，一磁性記憶體裝置可經組態以包含一外在垂直磁化結構，下文將對此進行更加詳細地描述。此外，於2011年3月18日申請之韓國專利申請案第2011-0024429號及於2011年7月28日申請之韓國專利申請案第2011-0074500號揭示關於外在垂直磁化結構之技術特徵部。韓國專利申請案第2011-0024429號及第2011-0074500號中所揭示之全部內容係以引用之方式完全併入本文中。
圖1係例示性地圖解說明根據發明概念之例示性實施例之磁性記憶體裝置之一單位胞之一電路圖。
參考圖1，一單位胞100可佈置在彼此交叉之第一互連線10及第二互連線20之間。單位胞100可串聯連接至第一互連線10及第二互連線20。單位胞100可包含一選擇元件30及一磁隧接面MTJ。選擇元件30及磁隧接面MTJ可彼此串聯電連接。在一些例示性實施例中，第一互連線10及第二互連線20之一者可用作為一字線且另一者可用作為一位元 線。
選擇元件30可經組態以選擇性地控制通過磁隧接面MTJ之一電流。例如，如圖2至圖6中所展示，選擇元件30可係二極體、pnp雙極電晶體、npn雙極電晶體、NMOS場效電晶體(FET)及PMOS FET之一者。在選擇元件30係三端式切換裝置(諸如一雙極電晶體及/或MOSFET)之情形中，可將一額外互連線(未展示)連接至選擇元件30。
磁隧接面MTJ可包含一下結構41、一上結構42及介於該下結構41與該上結構42之間之一穿隧障壁50。下結構41及上結構42之各者可包含至少一磁性層，該至少一磁性層係由一磁性材料形成。
該等磁性層之一者可經組態以具有在通常情況下未被產生之一外部磁場所改變之一固定磁化方向。在下文中，為描述方便起見，將使用一術語「釘紮層PL」來表示具有固定磁化性質之磁性層。相比之下，該等磁性層之其他者可經組態以具有可藉由施加至其之一外部磁場進行切換之一磁化方向。在下文中，將使用一術語「自由層FRL」來表示具有可切換磁化性質之磁性層。即，如圖7及圖8中所展示，磁隧接面MTJ可包含由穿隧障壁50分隔開之至少一自由層及至少一釘紮層PL。
磁隧接面之電阻可對自由層FRL及釘紮層PL之磁化方向之一相對定向敏感。例如，磁隧接面在相對定向係反平行時之電阻可遠大於在相對定向係平行時之電阻。此意謂可藉由改變自由層FRL之磁化方向而控制磁隧接面MTJ之電 阻。基於此資料儲存機制可實現根據發明概念之例示性實施例之磁性記憶體裝置。
如圖7及圖8中所展示，磁隧接面MTJ之下結構41及上結構42可依序形成於一基板SUB上。在例示性實施例中，根據自由層FRL與基板SUB之間之一相對組態或自由層FRL及釘紮層PL之一形成順序，可將磁隧接面MTJ(例如)分類為兩種類型：(a)以如圖7中所展示之下結構41及上結構42分別包含釘紮層PL及自由層FRL之此一方式組態之一第一類型之磁隧接面MTJ1；及(b)以如圖8中所展示之下結構41及上結構42分別包含自由層FRL及釘紮層PL之此一方式組態之一第二類型之磁隧接面MTJ2。
圖9至圖17係例示性地圖解說明可用作為磁隧接面MTJ之一部分之分層結構之截面圖。即，磁隧接面MTJ之下結構41及上結構42之各者可經組態以包含該等分層結構之一者，將參照圖9至圖17例示性地描述該等分層結構。在其中圖9至圖17之分層結構係用作為下結構41之一部分之例示性實施例中，可將該等分層結構提供為一倒置結構(例如，以與圖9至圖17中所展示之分層結構反向之一方式)。
根據發明概念之例示性實施例，下結構41及上結構42之至少一者可經組態以包含一外在垂直磁化結構(EPMS)之全部或部分，將參照圖9至圖15例示性地描述該外在垂直磁化結構(EPMS)。例如，下結構41可經組態以包含將參照圖9至圖15例示性地描述之外在垂直磁化結構EPMS之一者之全部或部分，且上結構42可經組態以包含將參照圖16及圖 17例示性地描述之內在垂直磁化結構(IPMS)之一者之全部或部分。或者，下結構41可經組態以包含將參照圖16及圖17例示性地描述之內在垂直磁化結構(IPMS)之一者之全部或部分，且上結構42可經組態以包含將參照圖9至圖15例示性地描述之外在垂直磁化結構EPMS之一者之全部或部分。此外，在一些例示性實施例中，下結構41及上結構42之兩者皆可經組態以包含將參照圖9至圖15例示性地描述之外在垂直磁化結構EPMS之一者之全部或部分。
參考圖9至圖15，外在垂直磁化結構EPMS可包含至少一磁性層MGL及/或覆蓋磁性層MGL之至少一垂直磁化誘導層PMI。此處，外在垂直磁化結構EPMS之磁性層MGL可用作為構成下結構41及/或上結構42之磁性層。換言之，可使用外在垂直磁化結構EPMS之磁性層MGL實現自由層FRL或釘紮層PL。
在外在垂直磁化結構EPMS中，磁性層MGL可包含一鐵磁性材料。例如，磁性層MGL可係由CoFeB、CoFe、NiFe、CoFePt、CoFePd、CoFeCr、CoFeTb、CoFeGd或CoFeNi之至少一者形成。根據發明概念之一些態樣，磁性層MGL可係展現一內在水平磁化性質之一內在水平磁性層。更詳細言之，歸因於由磁性層MGL之幾何形狀引起之磁各向異性，磁性層MGL(例如，由CoFeB形成之磁性層)可具有受限於與其之一主要表面平行之一平面(例如xy平面)之一磁化方向。(此處，術語「主要表面」表示磁性層MGL具有最大面積之一表面且在大多數情形中可係磁性層 MGL之一頂部或底部表面。)術語「內在水平磁化性質」表示此幾何形狀相依之水平磁各向異性。先前舉例說明之鐵磁性材料可展現此內在水平磁化性質。
此外，磁性層MGL可經提供呈薄型樣之一形式，其垂直厚度遠小於其水平長度。在例示性實施例中，針對外在垂直磁化結構EPMS，該等各自磁性層MGL之厚度可在約1埃至約3埃之一範圍中。在更特定實施例中，該等各自磁性層MGL之厚度可在約3埃至約14埃或至約17埃之一範圍中。
垂直磁化誘導層PMI可經形成以與磁性層MGL直接接觸，且此直接接觸組態能夠使磁性層MGL之一磁化方向自平行於磁性層MGL之主表面改變至垂直於磁性層MGL之主表面。即，垂直磁化誘導層PMI可充當引起磁性層MGL之垂直磁化性質具有內在垂直磁化性質之一外部因素。在此意義上，彼此接觸之垂直磁化誘導層PMI及磁性層MGL可構成具有一外在垂直磁化性質之一磁性結構(例如，外在垂直磁化結構)。在下文中，在外在垂直磁化結構中之磁性層MGL可稱為「一外在垂直磁性(EPM)層」。
垂直磁化誘導層PMI可係一含氧材料。在一些例示性實施例中，垂直磁化誘導層PMI可係至少一金屬氧化物。例如，垂直磁化誘導層PMI可係氧化鎂、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋁、鎂鋅氧化物、氧化鉿或鎂硼氧化物之至少一者，但發明概念之例示性實施例可不限制於此。在例示性實施例中，垂直磁化誘導層PMI可具有高於磁性層MGL之電阻 率。在例示性實施例中，磁隧接面MTJ之電阻可強烈取決於垂直磁化誘導層PMI之電阻率。為了減小此相依性，垂直磁化誘導層PMI可經形成為薄。例如，垂直磁化誘導層PMI可經形成具有小於磁性層MGL之一厚度。在一些例示性實施例中，垂直磁化誘導層PMI可具有約1埃至約15埃之一厚度。
在一些例示性實施例中，如圖9中例示性地展示，外在垂直磁化結構EPMS可包含磁性層及垂直磁化誘導層PMI，其等之各者係提供於一單層結構中。
在其他例示性實施例中，如圖10至圖15中例示性地展示，外在垂直磁化結構EPMS可包含提供為一多層結構之磁性層MGL及提供為一多層結構之垂直磁化誘導層PMI。可交替堆疊該等磁性層MGL及該等垂直磁化誘導層PMI。例如，可將至少一垂直磁化誘導層PMI插置於該等磁性層MGL之間。在例示性實施例中，可以於彼此鄰近之磁性層MGL之間插置一垂直磁化誘導層PMI(如圖10及圖11所展示)或兩個垂直磁化誘導層PMI(如圖13及圖14所展示)之此一方式組態外在垂直磁化結構EPMS。
在具有提供為一多層結構之磁性層MGL之外在垂直磁化結構EPMS中，該等磁性層MGL可具有實質上彼此相同之厚度及/或材料。然而，在其他例示性實施例中，就厚度及/或材料而言，該等磁性層MGL之至少兩者可彼此不同。類似地，在一些例示性實施例中，垂直磁化誘導層PMI可具有實質上彼此相同之厚度及/或材料。然而，在其 他例示性實施例中，就厚度及/或材料而言，該等垂直磁化誘導層PMI之至少兩者可彼此不同。在例示性實施例中，所有磁性層MGL及所有垂直磁化誘導層PMI經形成以具有實質上相同於上文例示性地描述之磁性層MGL及垂直磁化誘導層PMI之材料及厚度。
此外，外在垂直磁化結構EPMS可進一步包含覆蓋垂直磁化誘導層PMI之至少一金屬層。例如，外在垂直磁化結構EPMS可進一步包含一垂直磁化保持層PMP。在一些例示性實施例中，如圖9至圖15中例示性地展示，可將垂直磁化保持層PMP用作為外在垂直磁化結構EPMS之最上或最下層。在一些例示性實施例中，可將該等垂直磁化誘導層PMI之至少一者插置於垂直磁化保持層PMP與鄰近於其之磁性層MGL之間。在例示性實施例中，一頂部電極可係在垂直磁化保持層PMP上。
垂直磁化保持層PMP可由具有低於垂直磁化誘導層PMI之電阻率之一材料形成。例如，垂直磁化保持層PMP可由貴金屬(例如，釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)或金(Au))之至少一者或銅形成。根據發明概念之一些例示性實施例，垂直磁化保持層PMP可由具有低於鉭或鈦之電阻率之材料之至少一者形成。
此外，根據發明概念之一些態樣，垂直磁化保持層PMP之與垂直磁化誘導層PMI接觸之一部分可由幾乎不與氧原子反應之一材料形成。上文描述之貴金屬或銅可經選擇作為滿足垂直磁化保持層PMP之此要求之一材料。在一些例 示性實施例中，垂直磁化保持層PMP可由即使在隨後程序步驟期間或在正常操作之條件下幾乎不與氧原子反應之一材料形成。
在一些例示性實施例中，外在垂直磁化結構EPMS可進一步包含插置於該等磁性層MGL之間之至少一交換耦合層ECL，如圖13至圖15中例示性地展示。交換耦合層ECL可係由貴金屬(例如，釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)或金(Au))之至少一者形成。
根據交換耦合層ECL之材料及厚度，經佈置彼此鄰近之一對磁性層MGL可展現一平行或反平行磁化性質。在一些例示性實施例中，可以經佈置彼此鄰近之該對磁性層MGL展現一平行磁化性質之此一方式組態交換耦合層ECL。例如，交換耦合層ECL可係具有約2埃至10埃之一厚度之釕層。在例示性實施例中，磁隧接面MTJ可以改良之穩定性進行操作，諸如磁矩磁滯曲線中之一階梯狀輪廓。然而，發明概念之例示性實施例可不限於經組態以實現平行磁化性質之實施例。
如圖13及圖14所展示，垂直磁化誘導層PMI可提供於交換耦合層ECL與鄰近於其之磁性層MGL之一者之間。例如，可用垂直磁化誘導層PMI覆蓋交換耦合層ECL之頂部表面及底部表面兩者。在例示性實施例中，在外在垂直磁化結構EPMS中，垂直磁化誘導層PMI之層數可大於磁性層MGL之層數。然而，在其他例示性實施例中，如圖15中展示，交換耦合層ECL之頂部表面及底部表面之至少一者可 與磁性層MGL直接接觸。
在一些例示性實施例中，交換耦合層ECL之數目可比磁性層MGL之數目少二個或更多個。此意謂交換耦合層ECL無需(但是可)佈置在提供於磁性層MGL之間之全部層間空間處。例如，如圖15中例示性地展示，垂直磁化誘導層PMI或交換耦合層ECL可單獨插置於磁性層MGL之間。
外在垂直磁化結構EPMS可進一步包含覆蓋垂直磁化誘導層PMI之至少一金屬層MTL。例如，如圖12中所展示，金屬層MTL可提供於磁性層MGL與垂直磁化誘導層PMI之間。在一些例示性實施例中，可以金屬層MTL可充當垂直磁化保持層PMP之此一方式組態金屬層MTL。例如，金屬層MTL可由幾乎不與氧原子反應之一材料形成。例如，金屬層可由貴金屬或銅之至少一者形成。在其他例示性實施例中，可以金屬層MTL可充當交換耦合層ECL之此一方式組態金屬層MTL。即，可以經佈置鄰近於金屬層MTL之頂部表面及底部表面之一對磁性層MGL展現一平行或反平行磁化性質之此一方式組態金屬層MTL。
根據發明概念之例示性實施例，下結構41及上結構42之一者可經組態以包含於圖16及圖17中描述之一內在垂直磁化結構IPMS。
參考圖16及圖17，內在垂直磁化結構IPMS可包含至少一內在垂直磁性層IPML。可將內在垂直磁化結構IPMS之內在垂直磁性層IPML用作為構成下結構41及/或上結構42之磁性層。換言之，可使用內在垂直磁性層IPML實現自 由層FRL或釘紮層PL。
內在垂直磁性層IPML可係由展現一內在垂直磁化性質之一材料形成。換言之，即使當不存在外部誘導元件(諸如外在垂直磁化結構EPMS之垂直磁化誘導層PMI)時，內在垂直磁性層IPML仍可經組態以具有垂直磁化性質。
例如，內在垂直磁性層IPML可包含以下之至少一者：a)CoFeTb，其中Tb之相對含量係10%或更多；b)CoFeGd,其中Gd之相對含量係10%或更多；c)CoFeDy；d)具有L10結構之FePt；e)具有L10結構之FePd；f)具有L10結構之CoPd；g)具有L10結構之CoPt；h)具有六方最密堆積(HCP)結構之CoPt；i)含有項a)至項h)中提呈之材料之至少一者之合金；或j)包含交替堆疊之磁性層及非磁性層之一多層結構。包含交替堆疊之磁性層及非磁性層之該多層結構可包含(Co/Pt)n、(CoFe/Pt)n、(CoFe/Pd)n、(CoP)n、(Co/Ni)n、(CoNi/Pt)n、(CoCr/Pt)n或(CoCr/Pd)n之至少一者，其中下標n指代堆疊數目。
更詳細言之，如圖16中所展示，內在垂直磁化結構IPMS可包含具有一單層結構及一封蓋層CPL之內在垂直磁性層IPML。封蓋層CPL可充當能夠保護其下之內在垂直磁性層IPML之一封蓋元件。封蓋層CPL可由釕(Ru)、鉭(Ta)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)或銅(Cu)之至少一者形成。
在一些例示性實施例中，圖16中展示之內在垂直磁化結構IPMS可經提供為一倒置結構以構成下結構41。在例示 性實施例中，封蓋層CPL可充當用於在其上生長內在垂直磁性層IPML之一晶種層。例如，當內在垂直磁性層IPML係由具有L10結構之一材料形成時，封蓋層CPL可包含具有氯化鈉晶體結構之一導電金屬氮化物層(例如，由氮化鈦、氮化鉭、氮化鉻或氮化釩製成)。
參考圖17，內在垂直磁化結構IPMS可包含一對內在垂直磁性層IPML及插置於該對內在垂直磁性層IPML之間之一交換耦合層ECL。交換耦合層ECL可由貴金屬(諸如，釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)或金(Au))之一者形成。類似於參照圖13至圖15描述之例示性實施例，根據交換耦合層ECL之材料及厚度，經佈置彼此鄰近之該對內在垂直磁性層IPML可展現一平行或反平行磁化性質。在一些例示性實施例中，可以內在垂直磁性層IPML展現反平行磁化性質(例如，合成反鐵磁性(SAF)性質)之此一方式組態內在垂直磁化結構IPMS之交換耦合層ECL。
圖18A及圖18B係圖解說明根據發明概念之例示性實施例之外在垂直磁化結構之一些態樣之圖表。如上文所描述，垂直磁化保持層PMP可由即使在隨後程序步驟期間或在正常操作之條件下幾乎不與氧原子反應之一材料形成。
例如，如圖18A中所展示，垂直磁化保持層PMP可係具有小於構成垂直磁化誘導層PMI之金屬元素之一氧親和力之一材料。如圖18B中所展示，氧親和力可由針對金屬氧化物之形成之標準反應焓表示(△H0 f[千焦/莫耳氧])。在一 些例示性實施例中，構成垂直磁化誘導層PMI之金屬元素之標準反應焓△H0 f可小於約-500[千焦/莫耳氧]，且垂直磁化保持層PMP之標準反應焓△H0 f可大於-300[千焦/莫耳氧]。即，就絕對值而言，構成垂直磁化誘導層PMI之金屬元素之標準反應焓可大於垂直磁化保持層PMP之標準反應焓。在一些例示性實施例中，構成垂直磁化誘導層PMI之金屬元素可係Ta、Ti、U、Ba、Zr、Al、Sr、Hf、La、Ce、Sm、Mg、Th、Ca、Sc或Y之至少一者，且垂直磁化保持層PMP可包含Au、Ag、Pt、Pd、Rh、Ru、Cu、Re或Pb之至少一者。如圖18A或18B中所展示，磁性層MGL可由具有小於構成垂直磁化誘導層PMI之金屬元素且大於垂直磁化保持層PMP之一氧親和力之一材料形成。此外，與氧之化學反應性可由多種物理量表示。例如，代替氧親和力或標準反應焓，可使用諸如氧化電位或氧化中之自由能之物理量以在數量上表示與氧之化學反應性。
圖19係圖解說明外在垂直磁化結構之其他態樣之一圖表。
參考圖19，外在垂直磁化性質可起因於磁性層MGL中之原子與垂直磁化誘導層PMI中之氧原子之一化合作用。在例示性實施例中，如圖19中所展示，一過渡區域TR可形成於磁性層MGL與垂直磁化誘導層PMI之間，該過渡區域TR之氧含量高於磁性層MGL且低於垂直磁化誘導層PMI。在一些例示性實施例中，沒理由認為氧含量在過渡區域TR中應係線性。例如，如圖19中所展示，在過渡區域TR中，氧 含量可在一特定包絡線ENV內單調變化。
或者，垂直磁化保持層PMP可由即使在隨後程序步驟期間或在正常操作之條件下幾乎不與氧原子反應之一材料形成。在一些例示性實施例中，如圖19中所展示，垂直磁化誘導層PMI可經形成以具有有限氧含量，且垂直磁化保持層PMP可經形成以具有一實質上無限小之氧含量(例如，小於垂直磁化誘導層PMI之氧含量)。在一些例示性實施例中，氧含量可在垂直磁化誘導層PMI與垂直磁化保持層PMP之間之一介面處急劇變化。即，在垂直磁化誘導層PMI與垂直磁化保持層PMP之間之一介面處之氧含量梯度之絕對值可大於在過渡區域TR處之氧含量梯度之絕對值。
在其他例示性實施例中，過渡區域TR可形成於垂直磁化誘導層PMI之整個區域中。例如，在圖19之圖表中，一z方向氧含量梯度在垂直磁化誘導層PMI之整個區域中或在磁性層MGL與垂直磁化保持層PMP之間可具有一有限非零值。在一些例示性實施例中，垂直磁化誘導層PMI在鄰近於垂直磁化保持層PMP之一區域處之氧含量可大於在鄰近於磁性層MGL之其他區域處之氧含量。
圖20係經呈現以描述外在垂直磁化結構之另一些態樣之一圖。
磁性記憶體裝置之形成可進一步包含程序步驟(例如，至少一熱處理步驟、一佈線步驟等)，該等程序步驟將於形成垂直磁化誘導層PMI及垂直磁化保持層PMP之後執行。如圖20中所展示，可在此等隨後之程序步驟期間或藉 由使用者之正常操作產生之熱能可供應至垂直磁化誘導層PMI。此熱能可使氧原子自垂直磁化誘導層PMI解離。
然而，在具有低氧親和力之垂直磁化保持層PMP經形成以覆蓋垂直磁化誘導層PMI之情形中，可防止經解離之氧原子擴散離開垂直磁化誘導層PMI。例如，若並未自磁隧接面MTJ之外側供應熱能，則經解離之氧原子可恢復至其化學穩定狀態。此處，如先前描述之實施例，在垂直磁化保持層PMP係由具有一低氧親和力之一材料形成之情形中，經解離之氧原子可與構成垂直磁化誘導層PMI而非垂直磁化保持層PMP之金屬元素重新結合。即，垂直磁化誘導層PMI可在供應熱能之前恢復至其初始狀態。
圖21係例示性地展示根據發明概念之例示性實施例之MTJ之一些磁性性質之一實驗圖表。
在實驗中，兩種類型之樣本經測試以量測磁性層中相對於磁性層之厚度之磁性層之垂直各向異性能量密度。在圖21中之圖表中，由一元件符號C1指代之一曲線表示自包含圖9之外在垂直磁化結構EPMS之第一類型之MTJ樣本獲得之.實驗資料，且由一元件符號C2指代之一點表示自包含圖13之外在垂直磁化結構EPMS之第二類型之MTJ樣本獲得之一實驗資料。即，第一類型對應於包含一單層磁性層之外在垂直磁化結構EPMS，且第二類型對應於包含多層磁性層之外在垂直磁化結構EPMS。
在全部樣本中，穿隧障壁50係由氧化鎂(MgO)形成，磁性層MGL及垂直磁化誘導層PMI分別係由CoFeB及Ta-O形 成，且垂直磁化保持層PMP及交換耦合層ECL係由Ru形成。實驗之其餘條件實質上相同。在圖21之圖表中，水平軸表示構成外在垂直磁化結構之磁性層之一總厚度，且垂直軸表示自磁性層量測之一垂直各向異性能量密度。
參考圖21，針對由元件符號C1描繪之樣本，由CoFeB製成之磁性層在其經形成至約14埃或更小之一厚度時具有一正垂直各向異性能量密度。即，針對圖9之外在垂直磁化結構EPMS或第一類型之樣本，雖然磁性層係由具有內在水平磁化性質之CoFeB形成，但磁性層在大約3埃至大約14埃之一特定厚度範圍中展現垂直各向異性。
相比之下，如由元件符號C2所描述，即使當多層磁性層具有約20埃之一總厚度時，垂直各向異性能量密度仍係正的且大於含有圖9之結構之單層磁性層之垂直各向異性能量密度。此意謂，當外在垂直磁化結構之磁性層經提供為一多層結構時，外在垂直磁化結構可經形成以在不減小或甚至增加垂直各向異性能量密度之情況下具有一增加之總厚度。磁性層之總厚度之增加能夠防止垂直型MTJ之熱穩定性退化(熱穩定性退化可出現於具有一薄磁性層之MTJ中)。
如上文所描述，圖9至圖17中例示性地展示之分層結構分別可充當圖7及圖8中展示之磁隧接面MTJ1及MTJ2之部分。例如，如圖22中例示性地展示，可分別使用參照圖10及圖17描述之兩個分層結構實現上結構42及下結構41。此處，參照圖10描述之分層結構可係外在垂直磁化結構，而 參照圖17描述之分層結構可係經組態以展現SAF性質之內在垂直磁化結構IPMS。在此意義上，圖22之結構對應於圖7之MTJ結構，其中上結構42包含自由層FRL且下結構41包含釘紮層PL。此外，圖22中之TEL是一導電層。
此外，如圖23中例示性地展示，可分別使用參照圖10及圖11描述之兩個分層結構實現下結構41及上結構42。此處，就其中磁性層之總厚度而言，圖11之分層結構可經組態而大於圖10之分層結構，且因此圖11之分層結構可充當MTJ之一硬層或一釘紮層。在此意義上，圖23之結構對應於圖8之MTJ結構，其中上結構42包含釘紮層PL且下結構41包含自由層FRL。
雖然參照圖22及圖23例示性地描述根據發明概念之一些例示性實施例之磁隧接面，但發明概念之例示性實施例不必限制於此。
圖24係根據發明概念之經修改實施例之一磁性記憶體裝置之一單位胞之一示意性電路圖。
參考圖24，根據本實施例之一磁隧接面MTJ可進一步包含佈置在下結構41下方之一下電極結構61及佈置在上結構42上之一上電極結構62之至少一者。下電極結構61可佈置在第一互連線10與下結構41之間或選擇元件30與下結構41之間，且上電極結構62可佈置在第二互連線20與上結構42之間。
在一些例示性實施例中，下電極結構61及上電極結構62之至少一者可經組態以具有一單層結構。在其他例示性實 施例中，下電極結構61及上電極結構62之至少一者可經組態以具有一多層結構。此外，下電極結構61及上電極結構62可包含至少一導電層(例如，由金屬製成)。但發明概念之例示性實施例無需限制於此；例如，在其他經修改之例示性實施例中，一磁隧接面MTJ可經組態以不包含下電極結構61及上電極結構62之一者。
[實施例之應用]
圖25及圖26係示意性地圖解說明包含根據發明概念之例示性實施例之一半導體裝置之電子裝置之方塊圖。
參考圖25，包含根據發明概念之例示性實施例之一半導體裝置之一電子裝置1300可用於以下之一者：一個人數位助理(PDA)、一膝上型電腦、一行動電腦、一網際網絡手持顯示板(web tablet)、一無線電話、一蜂巢式電話、一數位音樂播放器、一有線或無線電子裝置或包含其等之至少兩者之一複雜電子裝置。電子裝置1300可包含透過一匯流排1350彼此組合之一控制器1310、一輸入/輸出裝置1320(諸如小鍵盤、鍵盤、顯示器)、一記憶體1330及一無線介面1340。例如，控制器1310可包含至少一微處理器、一數位信號處理器、一微控制器或類似物。記憶體1330可經組態以儲存待由一控制器1310使用之一命令碼或一使用者資料。記憶體1330可包含根據發明概念之例示性實施例之一半導體裝置。電子裝置1300可使用一無線介面1340，該無線介面1340經組態以使用一RF信號將資料傳輸至一無線通信網路或自該無線通信網路接收資料。例如，無線介 面1340可包含一天線、一無線收發器等。電子系統1300可用於一通信系統之一通信介面協定，諸如CDMA、GSM、NADC、E-TDMA、WCDMA、CDMA2000、Wi-Fi、市政Wi-Fi、藍芽、DECT、無線USB、快閃OFDM、IEEE 802.20、GPRS、iBurst、WiBro、WiMAX、先進型WiMAX、UMTS-TDD、HSPA、EVDO、先進型LTE、MMDS等。
參考圖26，將描述包含根據發明概念之例示性實施例之一半導體裝置之一記憶體系統。記憶體系統1400可包含用於儲存大量資料之一記憶體裝置1410及一記憶體控制器1420。記憶體控制器1420控制記憶體裝置1410以便回應於一主機1430之一讀取/寫入請求而讀取儲存在該記憶體裝置1410中之資料或將資料寫入至記憶體裝置1410中。記憶體控制器1420可包含一位址映射表，該位址映射表用於將自主機1430(例如一行動裝置或一電腦系統)提供之一位址映射至記憶體裝置1410之一實體位址中。記憶體裝置1410可係根據發明概念之例示性實施例之一半導體裝置。
可使用多種及多樣之封裝技術囊封上文揭示之半導體記憶體裝置。例如，可使用以下之任一者囊封根據前述例示性實施例之半導體記憶體裝置：層疊封裝(POP)技術、球柵陣列(BGA)技術、晶片級封裝(CSP)技術、塑膠晶粒承載封裝(PLCC)技術、塑膠雙列直插式封裝(PDIP)技術、疊片晶粒封裝技術、晶圓形式晶粒技術、板上晶片(COB)技術、陶瓷雙列直插式封裝(CERDIP)技術、塑膠四方扁平封 裝(PQFP)技術、薄型四方扁平封裝(TQFP)技術、小輪廓封裝(SOIC)技術、缩小輪廓封裝(SSOP)技術、薄型小輪廓封裝(TSOP)技術、薄型四方扁平封裝(TQFP)技術、系統級封裝(SIP)技術、多晶片封裝(MCP)技術、晶圓級製造封裝(WFP)技術及晶圓級處理堆疊封裝(WSP)技術。
其中安裝根據上文例示性實施例之一者之半導體記憶體裝置之封裝可進一步包含控制半導體記憶體裝置之至少一半導體裝置(例如，一控制器及/或一邏輯裝置)。
根據發明概念之例示性實施例，一磁隧接面可經組態以包含一外在垂直磁化結構。外在垂直磁化結構可包含複數個磁性層及插置在該等磁性層之間之至少一垂直磁化誘導結構。雖然該等磁性層之各者可形成至小於垂直磁化性質所需之一臨界厚度之一厚度，但在磁隧接面中之磁耦合磁性層之總厚度可大於臨界厚度。磁性層之總厚度之增加能夠改良垂直型MTJ之熱穩定性。
雖然已特定展示及描述發明概念之例示性實施例，但一般技術者應瞭解在不脫離隨附申請專利範圍之精神及範疇之情況下可對其等之形式及細節作出變動。
10‧‧‧第一互連線
20‧‧‧第二互連線
30‧‧‧選擇元件
41‧‧‧下結構
42‧‧‧上結構
50‧‧‧穿隧障壁
61‧‧‧下電極結構
62‧‧‧上電極結構
100‧‧‧單位胞
1300‧‧‧電子裝置/系統
1310‧‧‧控制器
1320‧‧‧輸入/輸出裝置
1330‧‧‧記憶體
1340‧‧‧無線介面
1350‧‧‧匯流排
1400‧‧‧記憶體系統
1410‧‧‧記憶體裝置
1420‧‧‧記憶體控制器
1430‧‧‧主機
C1‧‧‧曲線
C2‧‧‧點
CPL‧‧‧封蓋層
ECL‧‧‧交換耦合層
ENV‧‧‧包絡線
EPMS‧‧‧外在垂直磁化結構
FRL‧‧‧自由層
IPML‧‧‧內在垂直磁性層
IPMS‧‧‧內在垂直磁化結構
MGL‧‧‧磁性層
MTJ‧‧‧磁隧接面
MTJ1‧‧‧第一類型之磁隧接面
MTJ2‧‧‧第二類型之磁隧接面
MTL‧‧‧金屬層
PL‧‧‧釘紮層
PMI‧‧‧垂直磁化誘導層
PMP‧‧‧垂直磁化保持層
SUB‧‧‧基板
TEL‧‧‧導電層
TR‧‧‧過渡區域
圖1係根據發明概念之例示性實施例之一磁性記憶體裝置之一單位胞之一示意性電路圖；圖2至圖6係例示性地圖解說明根據發明概念之例示性實施例之選擇裝置之電路圖；圖7係示意性地圖解說明根據發明概念之例示性實施例 之一第一類型之MTJ之一圖；圖8係示意性地圖解說明根據發明概念之例示性實施例之一第二類型之MTJ之一圖；圖9至圖17係例示性地圖解說明可用作磁隧接面MTJ之一部分之分層結構之截面圖；圖18A及18B係圖解說明一外在垂直磁化結構之一些態樣之圖表；圖19係圖解說明一外在垂直磁化結構之其他態樣之一圖表；圖20係經呈現以描述一外在垂直磁化結構之另一些態樣之一圖；圖21係例示性地展示根據發明概念之例示性實施例之一MTJ之一些磁性性質之一實驗圖表；圖22係例示性地展示根據發明概念之例示性實施例之第一類型之磁隧接面之一截面圖；圖23係例示性地展示根據發明概念之例示性實施例之第二類型之磁隧接面之一截面圖；圖24係根據發明概念之例示性實施例之一磁性記憶體裝置之一單位胞之一示意性電路圖；及圖25及圖26係示意性地圖解說明包含根據發明概念之例示性實施例之一半導體裝置之電子裝置之示意性方塊圖。
10‧‧‧第一互連線
20‧‧‧第二互連線
30‧‧‧選擇元件
41‧‧‧下結構
42‧‧‧上結構
50‧‧‧穿隧障壁
100‧‧‧單位胞
MTJ‧‧‧磁隧接面

Claims (45)

  1. 一種磁隧接面裝置，其包括：一第一結構，其包含一磁性層；一第二結構，其包含至少兩個外在垂直磁化結構，其等各包含一磁性層；一垂直磁化誘導層，其在該磁性層上；及一穿隧障壁，其介於該第一結構與該第二結構之間。
  2. 如請求項1之磁隧接面，該第二結構進一步包含額外外在垂直磁化結構，其等各包含一磁性層；及一垂直磁化誘導層，其在該磁性層上。
  3. 如請求項1之磁隧接面，其進一步包括：在該等垂直磁化誘導層之一者上之一垂直磁化保持層。
  4. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中各磁性層具有小於各垂直磁化誘導層之一氧親和力。
  5. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中各垂直磁化保持層具有小於各垂直磁化誘導層之一氧親和力。
  6. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中該等磁性層係由一鐵磁性材料製成。
  7. 如請求項6之磁隧接面裝置，其中該鐵磁性材料係CoFeB、CoFe、NiFe、CoFePt、CoFePd、CoFeCr、CoFeTb、CoFeGd或CoFeNi之至少一者。
  8. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中該等磁性層具有在約1埃至約30埃之一範圍中之一厚度。
  9. 如請求項8之磁隧接面裝置，其中該等磁性層具有在約3埃至約17埃之一範圍中之一厚度。
  10. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中該等垂直磁化誘導層係與該等磁性層直接接觸。
  11. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中該等垂直磁化誘導層係一含氧材料。
  12. 如請求項11之磁隧接面裝置，其中該等垂直磁化誘導層係一金屬氧化物。
  13. 如請求項12之磁隧接面裝置，其中該金屬氧化物係氧化鎂、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋁、鎂鋅氧化物、氧化鉿或鎂硼氧化物之至少一者。
  14. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中該等垂直磁化誘導層包含Ta、Ti、U、Ba、Zr、Al、Sr、Hf、La、Ce、Sm、Mg、Th、Ca、Sc、或Y之至少一者。
  15. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中該等垂直磁化誘導層具有高於該等磁性層或該等垂直磁化保持層之一電阻率。
  16. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中該等垂直磁化誘導層具有小於該等磁性層或該垂直磁化保持層之一厚度。
  17. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中該垂直磁化保持層具有低於該等垂直磁化誘導層之一電阻率。
  18. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中該垂直磁化保持層係 由至少一貴金屬或銅形成。
  19. 如請求項18之磁隧接面裝置，其中該至少一貴金屬包含釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)或金(Au)。
  20. 如請求項3之磁隧接面裝置，其中該垂直磁化保持層係由具有低於鉭或鈦之一電阻率之材料之至少一者形成。
  21. 如請求項3之磁隧接面裝置，其進一步包括：一基板；其中該第一結構係較靠近該基板之一下結構，且其中該第二結構係離該基板較遠之一上結構。
  22. 如請求項21之磁隧接面裝置，其中該第二結構之該等磁性層係自由磁性層。
  23. 如請求項21之磁隧接面裝置，該第一結構包含若干固定磁性層。
  24. 如請求項21之磁隧接面裝置，其進一步包括：在該垂直磁化保持層上之一頂部電極。
  25. 如請求項3之磁隧接面裝置，其進一步包括：一基板；其中該第一結構係離該基板較遠之一上結構，且其中該第二結構係較靠近該基板之一下結構。
  26. 如請求項25之磁隧接面裝置，該第一結構包含至少兩個外在垂直磁化結構，其等各包含一磁性層及一垂直磁化誘導層，其在該磁性層上，一金屬層，其介於兩個該等垂直磁化誘導層之間，及 一垂直磁化保持層，其在該等垂直磁化誘導層之一者上。
  27. 如請求項26之磁隧接面裝置，其中該第一結構中之該至少兩個外在垂直磁化結構之一數目大於該第二結構中之該至少兩個外在垂直磁化結構之一數目。
  28. 一種電子裝置，其包括：一匯流排；一無線介面，其經組態以將資料傳輸至連接至該匯流排之一無線通信網路或自該無線通信網路接收資料；一I/O裝置，其連接至該匯流排；一控制器，其連接至該匯流排；及一記憶體，其包含一半導體裝置，該半導體裝置包含如請求項3之磁隧接面裝置，該記憶體連接至該匯流排、經組態以儲存待由該控制器使用之一命令碼或使用者資料。
  29. 一種記憶體系統，其包括：一記憶體裝置，其用於儲存資料，該記憶體裝置包含一半導體裝置，該半導體裝置包含如請求項3之磁隧接面裝置；及一記憶體控制器，其經組態以控制該記憶體裝置以回應於一主機之一讀取/寫入請求而讀取儲存在該記憶體裝置中之資料或將資料寫入至該記憶體裝置中。
  30. 一種磁隧接面裝置，其包括：一第一結構，其包含一固定磁性層； 一穿隧障壁，其在該第一結構上；及一第二結構，其在該穿隧障壁上，該第二結構包含一第一磁性層，其在該穿隧障壁上，一第一垂直磁化誘導層，其在該第一磁性層上，一交換耦合層，其在該第一垂直磁化誘導層上，一第二垂直磁化誘導層，其在該交換耦合層上，一第二磁性層，其在該第二垂直磁化誘導層上，及一第三垂直磁化誘導層，其在該第二磁性層上。
  31. 如請求項30之磁隧接面裝置，其進一步包括：在該第三垂直磁化誘導層上之一垂直磁化保持層。
  32. 如請求項31之磁隧接面裝置，其中各磁性層具有小於各垂直磁化誘導層之一氧親和力。
  33. 如請求項31之磁隧接面裝置，其中各垂直磁化保持層具有小於各垂直磁化誘導層之一氧親和力。
  34. 如請求項30之磁隧接面裝置，其中該等垂直磁化誘導層係一金屬氧化物。
  35. 如請求項34之磁隧接面裝置，其中該金屬氧化物係氧化鎂、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋁、鎂鋅氧化物、氧化鉿或鎂硼氧化物之至少一者。
  36. 如請求項31之磁隧接面裝置，其中該等垂直磁化誘導層包含Ta、Ti、U、Ba、Zr、Al、Sr、Hf、La、Ce、Sm、Mg、Th、Ca、Sc、或Y之至少一者。
  37. 如請求項31之磁隧接面裝置，其中該等垂直磁化誘導層具有高於該等磁性層或該垂直磁化保持層之一電阻率。
  38. 如請求項31之磁隧接面裝置，其中該等垂直磁化誘導層具有小於該等磁性層或該垂直磁化保持層之一厚度。
  39. 如請求項31之磁隧接面裝置，其進一步包括：一基板；其中該第一結構係較靠近該基板之一下結構，且其中該第二結構係離該基板較遠之一上結構。
  40. 如請求項39之磁隧接面裝置，其中該第二結構之該等磁性層係自由磁性層。
  41. 如請求項39之磁隧接面裝置，該第一結構包含若干固定磁性層。
  42. 如請求項39之磁隧接面裝置，其進一步包括：在該垂直磁化保持層上之一頂部電極。
  43. 如請求項32之磁隧接面裝置，其進一步包括：一基板；其中該第一結構係離該基板較遠之一上結構且該第二結構係較靠近該基板之一下結構。
  44. 一種電子裝置，其包括：一匯流排；一無線介面，其經組態以將資料傳輸至連接至該匯流排之一無線通信網路或自該無線通信網路接收資料；一I/O裝置，其連接至該匯流排；一控制器，其連接至該匯流排；及一記憶體，其包含一半導體裝置，該半導體裝置包含如請求項31之磁隧接面裝置，該記憶體連接至該匯流 排、經組態以儲存待由該控制器使用之一命令碼或使用者資料。
  45. 一種記憶體系統，其包括：一記憶體裝置，其用於儲存資料，該記憶體裝置包含一半導體裝置，該半導體裝置包含如請求項31之磁隧接面裝置；及一記憶體控制器，其經組態以控制該記憶體裝置以回應於一主機之一讀取/寫入請求而讀取儲存在該記憶體裝置中之資料或將資料寫入至該記憶體裝置中。
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