磁存储器件及其制造方法

摘要

示例实施方式涉及磁存储器件及其制造方法。该磁存储器件包括磁隧道结层，该磁隧道结层包括第一磁性层、第二磁性层和在第一磁性层及第二磁性层之间的第一隧道阻挡层。第一磁性层与第一隧道阻挡层直接接触。第一磁性层包括钴‑铁‑铍(CoFeBe)。第一磁性层中的CoFeBe的铍含量在大约2at％至大约15at％的范围。

权利要求

1.一种磁存储器件，包括：

磁隧道结层，包括：第一磁性层；第二磁性层；以及在所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的第一隧道阻挡层，其中所述第一磁性层与所述第一隧道阻挡层直接接触，其中所述第一磁性层包括(CoxFe100-x)100-zBez，其中“x”在40至60的范围，“z”在2至15的范围。

2.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第二磁性层包括钴-铁-铍(CoFeBe)，和其中所述第一磁性层中的钴含量与铁含量的比不同于所述第二磁性层中的钴含量与铁含量的比。

3.如权利要求2所述的磁存储器件，其中所述第二磁性层包括(CoYFe100-Y)100-KBeK，其中“Y”在15至35的范围，“K”在2至15的范围。

4.如权利要求2所述的磁存储器件，其中所述第二磁性层包括：包含CoFeBe的第一层；

和包含非磁性材料的第二层，

其中所述非磁性材料包括铂(Pt)、钯(Pd)或钽(Ta)。

5.如权利要求4所述的磁存储器件，其中所述第一层与所述第一隧道阻挡层直接接触，和其中所述第二层与所述第一隧道阻挡层间隔开并且所述第一层插置在其间。

6.如权利要求4所述的磁存储器件，其中所述第一层防止Pt、Pd或Ta从所述第二层的扩散。

7.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一磁性层还包括硼(B)，其中所述第一磁性层的铍含量在2at％至15at％的范围。

8.如权利要求1所述的磁存储器件，还包括：在所述第一磁性层下面的非磁性金属层，

其中所述第一磁性层设置在所述非磁性金属层和所述第一隧道阻挡层之间，其中所述非磁性金属层包括Hf、Zr、Ti、Ta、W、Mo、Cr、V、Ru或其任意合金中的至少一个。

9.如权利要求1所述的磁存储器件，还包括：盖层，与所述第一隧道阻挡层间隔开并且所述第二磁性层插置在其间，其中所述盖层包括金属氧化物。

10.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一磁性层是具有可转变的磁化方向的自由磁性层，其中所述第二磁性层是具有固定的磁化方向的被钉扎磁性层。

11.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一磁性层是具有固定的磁化方向的被钉扎磁性层，和其中所述第二磁性层是具有可转变的磁化方向的自由磁性层。

12.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述磁隧道结层还包括：第二隧道阻挡层，在所述第一磁性层上；和附加的磁性层，在所述第二隧道阻挡层上，其中所述第一磁性层设置在所述第一隧道阻挡层和所述第二隧道阻挡层之间。

13.如权利要求12所述的磁存储器件，其中所述第一磁性层是具有可转变的磁化方向的自由磁性层，其中所述第二磁性层和所述附加的磁性层是具有固定的磁化方向的被钉扎磁性层。

14.一种磁存储器件，包括：

磁隧道结层，包括：第一磁性层；第二磁性层；以及在所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的第一隧道阻挡层，其中所述第一磁性层和所述第二磁性层分别与所述第一隧道阻挡层的底表面和顶表面直接接触，其中所述第一磁性层和所述第二磁性层的每个包括具有2at％至15at％的铍含量的钴-铁-铍(CoFeBe)，和其中所述第一磁性层中的钴含量与铁含量的比不同于所述第二磁性层中的钴含量与铁含量的比。

15.如权利要求14所述的磁存储器件，其中在所述第一磁性层中的钴：铁的原子比在4:

6至6:4的范围，

其中在所述第二磁性层中的钴：铁的原子比在15:85至35:65的范围。

16.如权利要求14所述的磁存储器件，其中所述第一磁性层是具有可转变的磁化方向的自由磁性层，其中所述第二磁性层是具有固定的磁化方向的被钉扎磁性层。

17.如权利要求14所述的磁存储器件，还包括：在所述第一磁性层下面的非磁性金属层，

其中所述第一磁性层设置在所述非磁性金属层和所述第一隧道阻挡层之间，其中所述非磁性金属层包括Hf、Zr、Ti、Ta、W、Mo、Cr、V、Ru或其任意合金中的至少一个。

18.一种磁存储器件，包括：

基板；和

在所述基板上的磁隧道结层，所述磁隧道结层包括：自由磁性层；被钉扎磁性层；和在所述自由磁性层和所述被钉扎磁性层之间的隧道阻挡层，其中所述自由磁性层设置在所述基板和所述隧道阻挡层之间并且与所述隧道阻挡层的底表面直接接触，其中所述被钉扎磁性层与所述隧道阻挡层的顶表面直接接触，其中所述自由磁性层和所述被钉扎磁性层的每个包括具有2at％至15at％的铍含量的钴-铁-铍(CoFeBe)。

19.如权利要求18所述的磁存储器件，其中在所述自由磁性层中的钴含量与铁含量的比不同于在所述被钉扎磁性层中的钴含量与铁含量的比。

20.如权利要求19所述的磁存储器件，其中在所述自由磁性层中的钴：铁的原子比在4:

6至6:4的范围，

其中在所述被钉扎磁性层中的钴：铁的原子比在15:85至35:65的范围。

说明书

磁存储器件及其制造方法

技术领域

[0001] 发明构思的实施方式涉及半导体器件和/或其制造方法。更具体地，发明构思的实施方式涉及磁存储器件和/或其制造方法。

背景技术

[0002] 半导体器件由于它们的小尺寸、多功能特性和/或低的制造成本而被广泛用于电子工业中。半导体器件当中的半导体存储器件也可以存储逻辑数据。半导体存储器件当中的磁存储器件由于它们的高速和/或非易失性的特性而作为下一代半导体存储器件受到关注。

[0003] 通常，磁存储器件可以包括磁隧道结(MTJ)图案。MTJ图案可以包括两个磁性层和设置在所述两个磁性层之间的绝缘层。MTJ图案的电阻值可以根据所述两个磁性层的磁化方向而改变。例如，如果所述两个磁性层的磁化方向实质上反平行于彼此，则MTJ图案可以表现出相对大的电阻。相反地，如果所述两个磁性层的磁化方向实质上平行于彼此，则MTJ图案可以表现出相对小的电阻。逻辑数据可以通过利用这些电阻值之间的差异被存储到MTJ图案和/或从MTJ图案读出。

发明内容

[0004] 发明构思的实施方式涉及具有改善的可靠性和低转变电流的磁存储器件。

[0005] 发明构思的实施方式涉及具有改善的可靠性和低转变电流的磁存储器件的制造方法。

[0006] 在示例实施方式中，磁存储器件可以包括磁隧道结层，该磁隧道结层包括第一磁性层、第二磁性层以及在第一磁性层和第二磁性层之间的第一隧道阻挡层。第一磁性层可以与第一隧道阻挡层直接接触。第一磁性层可以包括(CoxFe100-x)100-zBez，其中“x”在40至60的范围，“z”在2至15的范围。

[0007] 在示例实施方式中，磁存储器件可以包括磁隧道结层，该磁隧道结层包括第一磁性层、第二磁性层以及在第一磁性层和第二磁性层之间的第一隧道阻挡层。第一磁性层和第二磁性层可以分别与第一隧道阻挡层的底表面和顶表面直接接触。第一和第二磁性层的每个可以包括钴-铁-铍(CoFeBe)。第一磁性层中的钴含量与铁含量的比可以不同于第二磁性层中的钴含量与铁含量的比。

[0008] 在示例实施方式中，磁存储器件可以包括基板以及在基板上的磁隧道结层。磁隧道结层可以包括自由磁性层、被钉扎磁性层以及在自由磁性层和被钉扎磁性层之间的隧道阻挡层。自由磁性层可以设置在基板和隧道阻挡层之间并且可以与隧道阻挡层的底表面直接接触。被钉扎磁性层可以与隧道阻挡层的顶表面直接接触。自由磁性层和被钉扎磁性层的每个可以包括钴-铁-铍(CoFeBe)。

附图说明

[0009] 由于附图和随附的详细说明，发明构思将变得更明显。

[0010] 图1是电路图，示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的单位存储单元。

[0011] 图2A、2B、2C、3A和3B是示意图，示出根据发明构思的示例实施方式的磁隧道结图案。

[0012] 图4是示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的剖面图。

[0013] 图5A和5B是示出图4的第一被钉扎磁性图案的示例实施方式的剖面图。

[0014] 图6是剖面图，示意地示出根据发明构思的示例实施方式的防止或减少设置在被钉扎层中的金属原子或分子的扩散。

[0015] 图7A和7B是剖面图，示出根据发明构思的示例实施方式的用于制造磁存储器件的方法。

[0016] 图8是示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的剖面图。

[0017] 图9是示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的剖面图。

[0018] 图10是示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的剖面图。

[0019] 图11是示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的剖面图。

[0020] 图12是示出根据比较例和发明构思的示例实施方式的磁隧道结图案的隧穿磁阻(TMR)比的曲线图。

[0021] 图13是示出根据比较例和发明构思的示例实施方式的磁隧道结图案的各向异性磁场(Hk)的曲线图。

[0022] 图14是示出根据发明构思的示例实施方式的包含钴-铁-铍(CoFeBe)的自由层的TMR比的曲线图。

具体实施方式

[0023] 图1是电路图，示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的单位存储单元。

[0024] 参考图1，单位存储单元UMC可以连接在彼此交叉的第一互连L1和第二互连L2之间。单位存储单元UMC可以包括选择元件SW和磁隧道结图案MTJ。选择元件SW和磁隧道结图案MTJ可以串联电连接到彼此。第一互连L1和第二互连L2中的一个可以用作字线，第一互连L1和第二互连L2中的另一个可以用作位线。

[0025] 选择元件SW可以选择性地控制电荷穿过磁隧道结图案MTJ的流动。例如，选择元件SW可以是二极管、PNP双极晶体管、NPN双极晶体管、NMOS场效应晶体管或PMOS场效应晶体管。如果选择元件SW是双极晶体管或具有三个端子的MOS场效应晶体管，则附加的互连(未示出)可以连接到选择元件SW。

[0026] 磁隧道结图案MTJ可以包括第一磁性结构MS1、第二磁性结构MS2和设置在第一磁性结构MS1与第二磁性结构MS2之间的隧道阻挡图案TBR。第一磁性结构MS1和第二磁性结构MS2的至少一个可以包括由磁性材料形成或包括磁性材料的至少一个磁性层。在一些示例实施方式中，单位存储单元UMC可以还包括设置在第一磁性结构MS1和选择元件SW之间的第一导电结构130以及设置在第二磁性结构MS2和第二互连L2之间的第二导电结构135，如图1所示。

[0027] 图2A、2B、2C、3A和3B是示意图，示出根据发明构思的示例实施方式的磁隧道结图案。

[0028] 参考图2A、2B、2C、3A和3B，第一磁性结构MS1的磁性层和第二磁性结构MS2的磁性层中的一个的磁化方向可以在正常使用环境中被固定而与外部磁场无关。在下文，具有固定的磁化方向的磁性层可以定义为被钉扎磁性图案PL。第一磁性结构MS1的磁性层和第二磁性结构MS2的磁性层中的另一个的磁化方向可以通过施加于其的编程磁场或编程电流可转变。在下文，具有可转变或可变的磁化方向的磁性层可以定义为自由磁性图案FL。磁隧道结图案MTJ可以包括通过隧道阻挡图案TBR被彼此分开的至少一个自由磁性图案FL和至少一个被钉扎磁性图案PL。

[0029] 磁隧道结图案MTJ的电阻值可以取决于自由磁性图案FL和被钉扎磁性图案PL的磁化方向。当自由磁性图案FL和被钉扎磁性图案PL的磁化方向实质上彼此平行时磁隧道结图案MTJ可具有第一电阻值。当自由磁性图案FL和被钉扎磁性图案PL的磁化方向实质上彼此反平行时磁隧道结图案MTJ可具有可以实质上大于或小于第一电阻值的第二电阻值。结果，磁隧道结图案MTJ的电阻值可以通过改变自由磁性图案FL的磁化方向而调节。这可以用作根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件中的数据存储原理。

[0030] 磁隧道结图案MTJ的第一磁性结构MS1和第二磁性结构MS2可以在基板100上层叠，例如顺序地层叠，如图2A、2B、2C、3A和3B所示。在此情况下，根据自由磁性图案FL基于基板100的相对位置、自由磁性图案FL和被钉扎磁性图案PL的形成次序、和/或自由磁性图案FL和被钉扎磁性图案PL的磁化方向，磁隧道结图案MTJ可以是各种类型之一。

[0031] 在一些示例实施方式中，第一磁性结构MS1和第二磁性结构MS2可以分别包括具有实质上垂直于基板100的顶表面的磁化方向的磁性层。在示例实施方式中，如图2A所示，磁隧道结图案MTJ可以是第一类型磁隧道结图案MTJ1，在其中第一磁性结构MS1和第二磁性结构MS2分别包括被钉扎磁性图案PL和自由磁性图案FL。在示例实施方式中，如图2B所示，磁隧道结图案MTJ可以是第二类型磁隧道结图案MTJ2，在其中第一磁性结构MS1和第二磁性结构MS2分别包括自由磁性图案FL和被钉扎磁性图案PL。

[0032] 在一些示例实施方式中，第一磁性结构MS1和第二磁性结构MS2可以分别包括具有实质上平行于基板100的顶表面的磁化方向的磁性层。在示例实施方式中，如图3A所示，磁隧道结图案MTJ可以是第四类型磁隧道结图案MTJ4，在其中第一磁性结构MS1和第二磁性结构MS2分别包括被钉扎磁性图案PL和自由磁性图案FL。在示例实施方式中，如图3B所示，磁隧道结图案MTJ可以是第五类型磁隧道结图案MTJ5，在其中第一磁性结构MS1和第二磁性结构MS2分别包括自由磁性图案FL和被钉扎磁性图案PL。

[0033] 同时，如图2C所示，磁隧道结图案MTJ可以是包括第一磁性结构MS1、第二磁性结构MS2和第三磁性结构MS3的第三类型磁隧道结图案MTJ3。第一磁性结构MS1和第二磁性结构MS2可以通过第一隧道阻挡图案TBR1彼此分开，第二磁性结构MS2和第三磁性结构MS3可以通过第二隧道阻挡图案TBR2彼此分开。在此，第一磁性结构MS1和第三磁性结构MS3的至少一个可以包括至少一个被钉扎磁性图案PL，第二磁性结构MS2可以包括至少一个自由磁性图案FL。

[0034] 在示例实施方式中，第一磁性结构MS1和第三磁性结构MS3的磁化方向可以实质上彼此反平行。换句话说，第一磁性结构MS1和第三磁性结构MS3可以处于双态。然而，发明构思的示例实施方式不限于此。在示例实施方式中，第一磁性结构MS1和第三磁性结构MS3的磁化方向可以实质上彼此平行。换句话说，第一磁性结构MS1和第三磁性结构MS3可以处于反双态。

[0035] 图4是示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的剖面图。图5A和5B是示出图4的第一被钉扎磁性图案的示例实施方式的剖面图。

[0036] 参考图4，可以提供对应于图2B的第二类型磁隧道结图案MTJ2的磁隧道结图案MTJ。第一电介质层110可以设置在基板100上，下接触插塞120可以穿透第一电介质层110。下接触插塞120的底表面可以电连接到选择元件的一个端子。

[0037] 基板100可以包括半导体材料、绝缘材料、用绝缘材料覆盖的半导体、或用绝缘材料覆盖的导体中的至少一个。在示例实施方式中，基板100可以包括硅晶片。

[0038] 第一电介质层110可包括氧化物(例如，硅氧化物)、氮化物(例如，硅氮化物)、或氮氧化物(例如，硅氮氧化物)中至少一个。下接触插塞120可以包括导电材料。例如，下接触插塞120可以包括掺杂有掺杂剂的半导体材料(例如，掺杂硅、掺杂锗或掺杂硅锗)、金属(例如，钛、钽或钨)、或导电金属氮化物(例如，钛氮化物或钽氮化物)中的至少一个。

[0039] 第一导电结构130、非磁性金属图案165、第一磁性结构MS1、隧道阻挡图案TBR、第二磁性结构MS2、盖图案160和第二导电结构135可以在第一电介质层110上层叠，例如顺序地层叠。第一导电结构130可以电连接到下接触插塞120的顶表面。第一磁性结构MS1、隧道阻挡图案TBR和第二磁性结构MS2可以构成磁隧道结图案MTJ。第一导电结构130、磁隧道结图案MTJ和第二导电结构135可具有彼此对准的侧壁。虽然附图中未示出，但第一导电结构130、磁隧道结图案MTJ和第二导电结构135的侧壁可具有倾斜的轮廊。

[0040] 第一磁性结构MS1可以包括设置在非磁性金属图案165上的第一自由磁性图案FL1。第一自由磁性图案FL1可以设置在非磁性金属图案165和隧道阻挡图案TBR之间。

[0041] 第二磁性结构MS2可以包括在隧道阻挡图案TBR上的第一被钉扎磁性图案PL1、在第一被钉扎磁性图案PL1上的第二被钉扎磁性图案PL2、以及在第一被钉扎磁性图案PL1和第二被钉扎磁性图案PL2之间的交换耦合图案140。第一被钉扎磁性图案PL1可以设置在隧道阻挡图案TBR和交换耦合图案140之间，第二被钉扎磁性图案PL2可以设置在交换耦合图案140和盖图案160之间。

[0042] 第一被钉扎磁性图案PL1和第二被钉扎磁性图案PL2可具有实质上垂直于基板100的顶表面的磁化方向。同样地，第一自由磁性图案FL1的磁化方向也可以实质上垂直于基板100的顶表面。

[0043] 第一被钉扎磁性图案PL1可具有实质上垂直于基板100的顶表面的纵向轴。第一被钉扎磁性图案PL1的磁化方向可以被固定在一个方向上。同样地，第二被钉扎磁性图案PL2也可以具有实质上垂直于基板100的顶表面的纵向轴。第二被钉扎磁性图案PL2的磁化方向可以通过交换耦合图案140被固定在实质上反平行于第一被钉扎磁性图案PL1的磁化方向的方向上。

[0044] 通过编程操作，第一自由磁性图案FL1的磁化方向可以改变为实质上平行于或实质上反平行于第一被钉扎磁性图案PL1的被固定磁化方向。在示例实施方式中，第一自由磁性图案FL1的磁化方向可以通过自旋力矩转移(STT)编程操作被改变。换句话说，第一自由磁性图案FL1的磁化方向可以利用编程电流中包括的电子的自旋力矩而改变。

[0045] 第一导电结构130可以用作将选择元件电连接到磁隧道结图案MTJ的电极。在示例实施方式中，第一导电结构130可以包括被层叠例如被顺序地层叠的第一导电层和第二导电层。在示例实施方式中，第一导电层可以包括钽(Ta)或钴-铪(CoHf)，第二导电层可以包括钌(Ru)。第二导电结构135可以与盖图案160接触并可以用作将磁隧道结图案MTJ电连接到互连180的电极。第二导电结构135可具有包括贵金属层、磁性合金层或金属层中的至少一个的单层或多层结构。例如，贵金属层可以包括钌(Ru)、铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或铱(Ir)中的至少一个，磁性合金层可以包括钴(Co)、铁(Fe)或镍(Ni)中的至少一个，金属层可以包括钽(Ta)或钛(Ti)中的至少一个。然而，发明构思的示例实施方式不限于此。

[0046] 第二被钉扎磁性图案PL2可以包括实质上垂直的磁性材料。在一些示例实施方式中，第二被钉扎磁性图案PL2可以包括具有10％或更多含量的铽的钴-铁-铽(CoFeTb)、具有10％或更多含量的钆的钴-铁-钆(CoFeGd)、钴-铁-镝(CoFeDy)、具有L10结构的FePt、具有L10结构的FePd、具有L10结构的CoPd、具有L10结构的CoPt、具有密排六方(HCP)晶体结构的CoPt合金、或包括其至少一个的合金。在一些示例实施方式中，第二被钉扎磁性图案PL2可具有在其中磁性层和非磁性层交替且重复地层叠的堆叠结构。例如，堆叠结构可包括(Co/Pt)n、(CoFe/Pt)n、(CoFe/Pd)n、(Co/Pd)n、(Co/Ni)n、(CoNi/Pt)n、(CoCr/Pt)n、或(CoCr/Pd)n中的至少一个，其中“n”表示双层的数目。

[0047] 交换耦合图案140可以以第一被钉扎磁性图案PL1的磁化方向实质上反平行于第二被钉扎磁性图案PL2的磁化方向的方式将第一被钉扎磁性图案PL1的磁化方向耦合到第二被钉扎磁性图案PL2的磁化方向。在示例实施方式中，交换耦合图案140可以通过鲁德曼(Ruderman)-基特尔(Kittle)-胜谷(Kasuya)-良田(Yosida)(RKKY)相互作用将第一被钉扎磁性图案PL1和第二被钉扎磁性图案PL2彼此耦合。因此，由第一被钉扎磁性图案PL1和第二被钉扎磁性图案PL2的磁化方向产生的磁场可以相互抵销以减小或最小化第二磁性结构MS2的净磁场。结果，能够减小或最小化第二磁性结构MS2的磁场对于第一自由磁性图案FL1的影响。交换耦合图案140可包括钌(Ru)、铱(Ir)、或铑(Rh)中的至少一个。

[0048] 参考图5A，根据一些示例实施方式，第一被钉扎磁性图案PL1可以是由第一层210组成或包括第一层210的单层。第一层210可以包括钴-铁-铍(CoFeBe)。第一层210中的铍(Be)含量可以在大约2at％至大约15at％的范围。第一层210可以包括(CoxFe100-x)100-zBez，其中“x”在1至60的范围，“z”在2至15的范围。更详细地，“x”可以在15至35的范围，“z”可以在5至15的范围。当在第一层210中钴含量低于铁含量时，第一层210可具有相对高的隧穿磁阻(TMR)特性。第二被钉扎磁性图案PL2可以不包含铍(Be)。因此，第一被钉扎磁性图案PL1的铍含量可以高于第二被钉扎磁性图案PL2的铍含量。

[0049] 第一层210可以直接形成在隧道阻挡图案TBR上，因此，第一层210可具有体心立方(bcc)晶体结构。在一些示例实施方式中，第一层210的厚度可以在大约 至大约 的范围。在此情况下，磁隧道结图案MTJ可具有优良的隧穿磁阻(TMR)特性。

[0050] 第一层210可以还包括硼(B)。换句话说，第一层210可以包括钴-铁-铍-硼(CoFeBeB)合金。在此情况下，第一层210中的铍含量可以在大约2at％至大约15at％的范围。

[0051] 参考图5B，根据一些示例实施方式，第一被钉扎磁性图案PL1可具有包括第一层210和在第一层210上的第二层220的多层结构。第二层220可以是非磁性层。例如，第二层
220可以包括铂(Pt)、钯(Pd)或钽(Ta)中的至少一个。在一些示例实施方式中，第二层220可包括在其中磁性层和非磁性层交替且重复地层叠的堆叠结构。例如，第二层220可包括(Co/Pt)n、(CoFe/Pt)n、(CoFe/Pd)n、(Co/Pd)n、(Co/Ni)n、(CoNi/Pt)n、(CoCr/Pt)n、或(CoCr/Pd)n中的至少一个，其中“n”表示双层的数目。

[0052] 根据发明构思的示例实施方式的磁隧道结图案和根据比较例的磁隧道结图案被提供用于实验。至少一个磁隧道结图案包括顺序地层叠的自由层(CoFeB)、阻挡层(MgO)和被钉扎层。被钉扎层包括顺序地层叠的第一层和第二层。在比较例的磁隧道结图案中，第一层包括(Co25Fe75)80B20，第二层包括Co/Pt及(Co/Pd)n。在发明构思的第一示例实施方式的磁隧道结图案中，第一层包括(Co25Fe75)95Be5，第二层包括Co/Pt及(Co/Pd)n。在发明构思的第二示例实施方式的磁隧道结图案中，第一层包括(Co25Fe75)90Be10，第二层包括Co/Pt及(Co/Pd)n。在发明构思的第三示例实施方式的磁隧道结图案中，第一层包括(Co40Fe60)90Be10，第二层包括Co/Pt及(Co/Pd)n。

[0053] 在根据比较例以及第一至第三示例实施方式的磁隧道结图案上以大约275℃执行退火工艺(即，热处理工艺)大约1小时。在退火工艺之后，在磁隧道结图案上执行高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)图像分析。在退火工艺之后，根据比较例以及第一至第三示例实施方式的磁隧道结图案的TMR比被测量。结果在下文的表1中显示。

[0054] [表1]

[0055]被钉扎层 TMR(％) 晶体结构
(Co25Fe75)80B20 73％ 非晶
(Co25Fe75)95Be5 103％ (110)bcc
(Co25Fe75)90Be10 69％ (110)bcc
(Co40Fe60)90Be10 73％ (110)bcc

[0056] 参考表1，证实了比较例的第一层(CoFeB)通过275℃的退火工艺没有被结晶。相反地，证实了发明构思的第一至第三示例实施方式的第一层(CoFeBe)通过275℃的退火工艺被完全结晶。这可以是因为发明构思的第一至第三示例实施方式的第一层(CoFeBe)利用隧道阻挡层(MgO)作为籽晶被沉积以具有bcc晶体结构。结果，根据发明构思的示例实施方式，由于包括CoFeBe的第一层可以形成在隧道阻挡层(MgO)上，所以第一层可具有改善的可结晶性。同时，退火工艺可以在350℃至450℃的高温下执行以使比较例的CoFeB层完全地结晶。

[0057] 比较例的第一层((Co25Fe75)80B20)的TMR比为大约73％。相反地，第一示例实施方式的第一层((Co25Fe75)95Be5)、第二示例实施方式的第一层((Co25Fe75)90Be10)以及第三示例实施方式的第一层((Co40Fe60)90Be10)的TMR比分别为大约103％、大约69％和大约73％。当第一层(CoFeBe)中的铍(Be)含量在大约2at％至大约15at％的范围时，发明构思的示例实施方式可具有与比较例至少相似的TMR特性。当钴含量低于铁含量(例如，(CoxFe100-x)100-zBez，其中“x”在15至35的范围)时，TMR比是相对优良的(第一示例实施方式的TMR比为大约103％)。

[0058] 另外，在退火工艺之后在比较例和第一至第三示例实施方式的磁隧道结图案的至少一个上执行电子能量损失谱(EELS)分析。

[0059] 在比较例的磁隧道结图案中，第二层中包含的金属原子或分子(例如，Pt)通过退火工艺被扩散到隧道阻挡层(MgO)与第一层(CoFeB)之间的界面。另外，第一层(CoFeB)中包含的铁原子或分子通过退火工艺被扩散到隧道阻挡层(MgO)和第二层中。

[0060] 图6是剖面图，示意地示出根据发明构思的示例实施方式的防止、减少或抑制设置在被钉扎层中的金属原子或分子的扩散。参考图6，在发明构思的第一至第三示例实施方式的磁隧道结图案中，第二层220中包含的金属原子或分子(例如，Pt)通过退火工艺难以扩散到隧道阻挡层(MgO)TBR与第一层(CoFeBe)210之间的界面。另外，第一层(CoFeBe)210中包含的铁原子或分子通过退火工艺难以扩散到隧道阻挡层(MgO)TBR和第二层220中。如上文所述，根据发明构思的示例实施方式的第一层(CoFeBe)210可具有改善的可结晶性和改善的稳定性，因此，第一层(CoFeBe)210可以用作扩散防止层。

[0061] 在退火工艺之后，根据比较例和第一示例实施方式的磁隧道结图案的TMR比被测量，并且测量结果在图12中示出。第一示例实施方式的第一层的厚度在测量期间被改变。

[0062] 参考图12，当比较例的第一层(CoFeB)的厚度为大约 时，比较例的第一层的TMR比小于70％。相反地，当示例实施方式的第一层(CoFeBe)的厚度在大约 至大约 的范围时，发明构思的第一示例实施方式的第一层(CoFeBe)的TMR比为70％或更多。换句话说，根据发明构思的示例实施方式的磁隧道结图案与包括其他磁性材料的磁隧道结图案相比可具有改善的TMR特性。

[0063] 即使附图中未示出，在一些示例实施方式中，第二被钉扎磁性图案PL2和交换耦合图案140可以被省略。换句话说，第一被钉扎磁性图案PL1的一个表面可以与隧道阻挡图案TBR接触，第一被钉扎磁性图案PL1的与所述一个表面相反的另一个表面可以与盖图案160接触。

[0064] 隧道阻挡图案TBR可以由介电材料形成或包括介电材料。例如，隧道阻挡图案TBR可以包括镁氧化物(MgO)、铝氧化物(AlO)或其组合。

[0065] 在示例实施方式中，第一自由磁性图案FL1可以包括钴-铁-硼(CoFeB)。第一自由磁性图案FL1的硼含量可以在大约10at％至大约20at％的范围。在此情况下，第一自由磁性图案FL1可以通过下文所述的热处理工艺被结晶，因此，磁隧道结图案MTJ可具有TMR特性。在示例实施方式中，第一自由磁性图案FL1可以被结晶以具有bcc晶体结构。

[0066] 在示例实施方式中，自由磁性图案FL1可以包括钴-铁-铍(CoFeBe)。自由磁性图案FL1可以不直接形成在隧道阻挡图案TBR上，不同于第一被钉扎磁性图案PL1。然而，第一自由磁性图案FL1可以直接形成在非磁性金属图案165上，因此，第一自由磁性图案FL1可具有bcc晶体结构，类似于第一被钉扎磁性图案PL1。在此情况下，第一自由磁性图案FL1中的铍含量可以在大约2at％至大约15at％的范围。第一自由磁性图案FL1可以是(CoxFe100-x)100-zBez合金，其中“x”可以在1至60的范围，“z”可以在2至15的范围。更详细地，“x”可以在40至60的范围，“z”可以在5至15的范围。当第一自由磁性图案FL1中的钴含量与铁含量相似时，第一自由磁性图案FL1可具有相对高的垂直磁各向异性，即使第一自由磁性图案FL1形成在非磁性金属图案165上。

[0067] 第一自由磁性图案FL1的钴含量与铁含量的比可以不同于第一被钉扎磁性图案PL1的第一层210的钴含量与铁含量的比。在第一自由磁性图案FL1中钴含量和铁含量可以调节为彼此相似，因此第一自由磁性图案FL1在非磁性金属图案165上可具有足够的垂直磁各向异性。同时，为了确保TMR比，在第一被钉扎磁性图案PL1的第一层210中钴含量可以低于铁含量。第一自由磁性图案FL1的铍含量可以实质上等于或不同于第一被钉扎磁性图案PL1的第一层210的铍含量。第一自由磁性图案FL1的铍含量可以在大约2at％至大约15at％的范围。

[0068] 第一自由磁性图案FL1可以还包括硼(B)。换句话说，第一自由磁性图案FL1可以包括钴-铁-铍-硼(CoFeBeB)合金。在此，第一自由磁性图案FL1中的铍含量可以在大约2at％至大约15at％的范围。

[0069] 非磁性金属图案165可以用作用于形成第一自由磁性图案FL1的籽晶层。非磁性金属图案165可以包括非磁性金属材料。该非磁性金属材料可以包括铪(Hf)、锆(Zr)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、钌(Ru)或其任意合金中的至少一个。另外，非磁性金属图案165可具有包括至少一种上述材料的多层结构。在示例实施方式中，非磁性金属图案165可以被省略。

[0070] 盖图案160包括金属氧化物。例如，盖图案160可以包括钽氧化物、镁氧化物、钛氧化物、锆氧化物、铪氧化物或锌氧化物中的至少一个。盖图案160可以辅助第二磁性结构MS2以具有实质上垂直于基板100的顶表面的磁化方向。盖图案160的电阻值可以等于或小于隧道阻挡图案TBR的电阻值的大约三分之一。

[0071] 第二电介质层170可以形成在基板100的整个表面上以覆盖第一导电结构130、磁隧道结图案MTJ和第二导电结构135。上接触插塞125可以穿透第二电介质层170以连接到第二导电结构135。第二电介质层170可包括氧化物(例如，硅氧化物)、氮化物(例如，硅氮化物)、或氮氧化物(例如，硅氮氧化物)中的至少一个。上接触插塞125可以包括金属(例如，钛、钽、铜、铝或钨))或导电金属氮化物(例如，钛氮化物或钽氮化物)中的至少一个。

[0072] 互连180可以设置在第二电介质层170上。互连180可以连接到上接触插塞125。互连180可以包括金属(例如，钛、钽、铜、铝或钨)或导电金属氮化物(例如，钛氮化物或钽氮化物)中的至少一个。在一些示例实施方式中，互连180可以是位线。

[0073] 根据发明构思的示例实施方式的磁隧道结图案和根据比较例的磁隧道结图案被提供用于实验。至少一个磁隧道结图案包括顺序地层叠的自由层、隧道阻挡层(MgO)和被钉扎层(CoFeB)。在第二比较例的磁隧道结图案中，自由层包括(Co25Fe75)80B20。在第四示例实施方式的磁隧道结图案中，自由层包括(Co40Fe60)95Be5。在第五示例实施方式的磁隧道结图案中，自由层包括(Co40Fe60)90Be10。在第六示例实施方式的磁隧道结图案中，自由层包括(Co40Fe60)85Be15。在第七示例实施方式的磁隧道结图案中，自由层包括(Co40Fe60)80Be20。

[0074] 在根据第二比较例以及第四至第七示例实施方式的磁隧道结图案的每个上在275℃执行退火工艺1小时。磁隧道结图案的各向异性磁场(Hk)值被测量。各向异性磁场(Hk)可以表示垂直磁各向异性。结果在图13中示出。

[0075] 参考图13，第四示例实施方式((Co40Fe60)95Be5)、第五示例实施方式((Co40Fe60)90Be10)以及第六示例实施方式((Co40Fe60)85Be15)的各向异性磁场(Hk)值与第二比较例((Co25Fe75)80B20)的各向异性磁场(Hk)值相似。换句话说，可以认识到在其中钴含量与铁含量相似(例如，(CoxFe100-x)100-zBez，其中“x”在40至60的范围)的范围中垂直磁各向异性是相对优良的。

[0076] 另外，使用(Co25Fe25)95Be5层、(Co40Fe60)95Be5层、(Co40Fe60)90Be10层、(Co40Fe60)85Be15层和(Co40Fe60)80Be20层作为磁性层(自由层或被钉扎层)的磁隧道结图案被提供。使用(Co25Fe75)80B20层作为磁性层(自由层或被钉扎层)的磁隧道结图案被提供作为参考点(POR)。磁隧道结图案的饱和磁化(M)、各向异性磁场(Hk)和TMR被测量，并且结果在下文的表2中显示。表2中的值是相对于参考值的比较值。

[0077] [表2]

[0078]

[0079] 参考表2，如参考表1和第一示例实施方式所描述的，(Co25Fe25)95Be5层可具有相对优良的TMR比。相反地，(Co25Fe25)95Be5层可具有相对低的各向异性磁场(Hk)。(Co40Fe60)90Be10层可具有相对优良的TMR比并且可具有与(Co25Fe75)80B20层的各向异性磁场(Hk)相似的各向异性磁场(Hk)。换句话说，当“x”在15至35的范围时(CoxFe100-x)100-zBez层可具有相对高的TMR特性，当“x”在40至60的范围时(CoxFe100-x)100-zBez层可具有相对高的垂直磁各向异性。

[0080] 图7A和7B是剖面图，示出根据发明构思的示例实施方式的用于制造磁存储器件的方法。

[0081] 参考图7A，第一电介质层110可以形成在基板100上。下接触插塞120可以形成为穿透第一电介质层110。第一初始导电结构130a可以形成在第一电介质层110上。第一初始导电结构130a可以电连接到下接触插塞120的顶表面。

[0082] 非磁性金属层165a可以形成在第一初始导电结构130a上。在示例实施方式中，非磁性金属层165a可以通过对应于物理气相沉积(PVD)工艺的一种的溅射工艺被沉积。

[0083] 第一初始磁性结构MS1a可以形成在非磁性金属层165a上。第一初始磁性结构MS1a可以包括第一自由磁性层FL1a。在示例实施方式中，第一自由磁性层FL1a可以使用非磁性金属层165a作为籽晶层被沉积。在示例实施方式中，第一自由磁性层FL1a可具有与非磁性金属层165a相同的晶体结构。例如，自由磁性层FL1a可以包括与参考图4描述的第一自由磁性图案FL1相同的材料。在示例实施方式中，第一自由磁性层FL1a可以通过溅射工艺被沉积。

[0084] 隧道阻挡层TBRa可以形成在第一自由磁性层FL1a上。在示例实施方式中，隧道阻挡层TBRa可以通过使用隧道阻挡材料作为靶的溅射工艺形成。靶可以包括隧道阻挡材料，该隧道阻挡材料的化学计量被准确地控制。隧道阻挡层TBRa可以包括镁氧化物(MgO)或铝氧化物(AlO)中的至少一个。例如，隧道阻挡层TBRa可以由具有氯化钠晶体结构的镁氧化物(MgO)形成或包括具有氯化钠晶体结构的镁氧化物(MgO)。

[0085] 第二初始磁性结构MS2a可以形成在隧道阻挡层TBRa上。第二初始磁性结构MS2a可以包括第一被钉扎磁性层PL1a、交换耦合层140a和第二被钉扎磁性层PL2a。

[0086] 第一被钉扎磁性层PL1a可以沉积在隧道阻挡层TBRa上。第一被钉扎磁性层PL1a可以使用隧道阻挡层TBRa作为籽晶形成。因此，第一被钉扎磁性层PL1a可具有与隧道阻挡层TBRa相同的晶体结构(例如，bcc晶体结构)。如参考上文讨论的发明构思的示例实施方式所描述的，包括CoFeBe层的第一被钉扎磁性层PL1a可以直接形成在隧道阻挡层TBRa上，因此，第一被钉扎磁性PL1a可具有高的可结晶性。例如，第一被钉扎磁性层PL1a可以包括与参考图4、5A和5B描述的第一被钉扎磁性图案PL1相同的材料。在示例实施方式中，第一被钉扎磁性层PL1a可以通过溅射工艺形成。用于形成第一被钉扎磁性层PL1a的溅射工艺可以使用包括CoFeBe的靶，靶中的铍含量可以在大约2at％至大约15at％的范围。

[0087] 交换耦合层140a可以沉积在第一被钉扎磁性层PL1a上。在示例实施方式中，交换耦合层140a可以使用第一被钉扎磁性层PL1a作为籽晶形成。例如，交换耦合层140a可以由具有HCP晶体结构的钌形成或包括具有HCP晶体结构的钌。在示例实施方式中，交换耦合层140a层可以通过溅射工艺被沉积。

[0088] 第二被钉扎磁性层PL2a可以沉积在交换耦合层140a上。第二被钉扎磁性层PL2a可以通过溅射工艺沉积。当第二被钉扎磁性层PL2a由CoPt合金形成或包括CoPt合金时，第二被钉扎磁性层PL2a可以通过使用氩(Ar)气的溅射工艺形成。在此情况下，第二被钉扎磁性层PL2a可以由掺杂有硼的CoPt合金形成或包括掺杂有硼的CoPt合金以减小第二被钉扎磁性层PL2a的饱和磁化。

[0089] 热处理工艺可以在第二初始磁性结构MS2a的形成之后被执行。第一初始磁性结构MS1a和第二初始磁性结构MS2a可以通过热处理工艺被完全结晶。热处理工艺可以在大约200℃至大约400℃的温度下执行。具体地，热处理工艺可以在大约200℃至大约300℃的温度下执行。由于第一自由磁性层FL1a和/或第一被钉扎磁性层PL1a包括CoFeBe，所以即使热处理工艺在相对低温下执行也可以实现高TMR特性。

[0090] 盖层160a和第二初始导电结构135a可以顺序地形成在第二被钉扎磁性层PL2a上。在示例实施方式中，在第二初始导电结构135a的形成之后可以执行热处理工艺。在示例实施方式中，在第二被钉扎磁性层PL2a的形成之后以及在盖层160a的形成之前可以执行热处理工艺。在示例实施方式中，在盖层160a的形成之后以及在第二初始导电结构135a的形成之前可以执行热处理工艺。

[0091] 盖层160a可以由钽氧化物、镁氧化物、钛氧化物、锆氧化物、铪氧化物或锌氧化物中的至少一个形成或包括钽氧化物、镁氧化物、钛氧化物、锆氧化物、铪氧化物或锌氧化物中的至少一个。第二初始导电结构135a可以形成为具有包括贵金属层、磁性合金层或金属层中的至少一个的单层或多层结构。第二初始导电结构135a可以包括与参考图4描述的第二导电结构135相同的材料。

[0092] 参考图7B，第二初始导电结构135a、盖层160a、第二被钉扎磁性层PL2a、交换耦合层140a、第一被钉扎磁性层PL1a、隧道阻挡层TBRa、第一自由磁性层FL1、非磁性金属层165a和第一初始导电结构130a可以被图案化，例如被顺序地图案化，以形成顺序地层叠的第一导电结构130、非磁性金属图案165、第一自由磁性图案FL1、隧道阻挡图案TBR、第一被钉扎磁性图案PL1、交换耦合图案140、第二被钉扎磁性图案PL2、盖图案160和第二导电结构135。

[0093] 再参考图4，第二电介质层170可以形成为覆盖第一导电结构130、磁隧道结图案MTJ和第二导电结构135。上接触插塞125可以形成为穿透第二电介质层170。上接触插塞125可以连接到第二导电结构135。互连180可以形成在第二电介质层170上。互连180可以连接到上接触插塞125。

[0094] 图8是示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的剖面图。在示例实施方式中，与图4的实施方式中所描述的相同的元件将由相同的附图标记或相同的参考指示符表示，为了说明的容易和便利，对于与图4的示例实施方式中的元件相同的元件的描述将被省略或简要地提及。换句话说，在下文将描述不同的示例实施方式之间的主要差异。

[0095] 参考图8，根据示例实施方式的磁隧道结图案MTJ可以对应于图2A中示出的第一类型磁隧道结图案MTJ1。详细地，第一磁性结构MS1可以包括在第一导电结构130上的第二被钉扎磁性图案PL2、在第二被钉扎磁性图案PL2上的第一被钉扎磁性图案PL1、以及在第一被钉扎磁性图案PL1和第二被钉扎磁性图案PL2之间的交换耦合图案140。第二磁性结构MS2可以包括设置在隧道阻挡图案TBR上的第一自由磁性图案FL1。

[0096] 换句话说，第一自由磁性图案FL1可以设置在隧道阻挡图案TBR和盖图案160之间，不同于参考图4描述的磁存储器件。第一被钉扎磁性图案PL1和第二被钉扎磁性图案PL2可以设置在第一导电结构130和隧道阻挡图案TBR之间。

[0097] 例如，第一被钉扎磁性图案PL1可具有包括CoFeB、CoFeBe、FeB、CoFeBTa、CoHf、Co或CoZr中的至少一个的单层或多层结构。在一些示例实施方式中，第一被钉扎磁性图案PL1可以包括(CoxFe100-x)100-zBez(其中“x”可以在1至60的范围并且“z”可以在2至15的范围)，类似于参考图4描述的第一被钉扎磁性图案PL1。

[0098] 第一自由磁性图案FL1可以包括(CoxFe100-x)100-zBez合金(其中“x”可以在1至60的范围并且“z”可以在2至15的范围)，类似于参考图4描述的第一自由磁性图案FL1。

[0099] 在发明构思的第八示例实施方式中，包括设置在隧道阻挡层(MgO)上的(Co25Fe75)95Be5自由层的磁隧道结图案被提供。在发明构思的第九示例实施方式中，包括设置在隧道阻挡层(MgO)上的(Co40Fe60)80Be20自由层的磁隧道结图案被提供。这些磁隧道结图案的TMR比被测量，并且测量结果在图14中示出。

[0100] 参考图14，当第八示例实施方式的(Co25Fe75)95Be5层用作隧道阻挡层上的自由层时，在大约 至大约 的CoFeBe厚度范围中磁隧道结图案的TMR比等于或大于大约60％。另外，磁隧道结图案的垂直磁各向异性特性也是高的。因此，在如参考图4所描述的其中根据发明构思的示例实施方式的(Co25Fe75)95Be5层用作隧道阻挡层上的自由层的情况下以及其中根据发明构思的示例实施方式的CoFeBe层用作隧道阻挡层(MgO)上的被钉扎层的情况下，磁隧道结图案的特性可以被改进。相反地，当第九示例实施方式的(Co40Fe60)80Be20层用作自由层时，在大约 至大约 的CoFeBe厚度范围中磁隧道结图案的TMR比低于大约20％。换句话说，当CoFeBe层的铍含量可以在大约2at％至大约15at％的范围时根据发明构思的示例实施方式的磁隧道结图案可具有改善的TMR特性。然而，如果CoFeBe层的铍含量大于大约15at％，则磁隧道结图案的TMR特性可以劣化。这可能是因为当CoFeBe层的铍含量大于15at％时CoFeBe层可能没有保持可结晶性。

[0101] 图9是示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的剖面图。在示例实施方式中，与图4的实施方式中所描述的相同的元件将由相同的附图标记或相同的参考指示符表示，并且对于与图4的示例实施方式中的元件相同的元件的描述将被省略或简要地提及。换句话说，在下文将主要描述不同的示例实施方式之间的主要差异。

[0102] 参考图9，第一磁性结构MS1可以包括在第一导电结构130上的第二自由磁性图案FL2、在第二自由磁性图案FL2上的第一自由磁性图案FL1、以及在第一自由磁性图案FL1和第二自由磁性图案FL2之间的非磁性金属图案165。

[0103] 非磁性金属图案165可以包括非磁性金属材料。该非磁性金属材料可以包括铪(Hf)、锆(Zr)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、钌(Ru)或其任意合金中的至少一个。

[0104] 第二自由磁性图案FL2可以通过非磁性金属图案165耦合到第一自由磁性图案FL1，因此，第二自由磁性图案FL2可具有相对于基板100实质上垂直的磁化方向，该磁化方向实质上平行于第一自由磁性图案FL1的磁化方向。非磁性金属图案165可具有大约 或更小的厚度。在示例实施方式中，非磁性金属图案165可以被省略。

[0105] 在一些示例实施方式中，第二自由磁性图案FL2可以包括铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意合金中的至少一个。在一些示例实施方式中，第二自由磁性图案FL2可以还包括非磁性材料。第二自由磁性图案FL2的非磁性材料可以包括Ta、Ti、Zr、Hf、B、W、Mo或Cr中的至少一个。例如，第二自由磁性图案FL2可以包括包含非磁性材料(例如，硼)的铁(Fe)、或包含非磁性材料(例如，硼)的钴(Co)。

[0106] 图10是示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的剖面图。在示例实施方式中，与图8的实施方式中所描述的相同的元件将由相同的附图标记或相同的参考指示符表示，并且对于与图8的实施方式中的元件相同的元件的描述将被省略或简要地提及。换句话说，在下文将描述不同的示例实施方式之间的主要差异。

[0107] 参考图10，根据示例实施方式的磁隧道结图案MTJ可以对应于图3A中示出的第四类型磁隧道结图案MTJ4。换句话说，不同于上文所述的磁存储器件，根据示例实施方式的磁隧道结图案MTJ可以包括具有实质上平行于基板100的顶表面的磁化方向的磁性层。

[0108] 第一磁性结构MS1可以包括顺序地层叠在第一导电结构130上的钉扎图案190、第二被钉扎磁性图案PL2、交换耦合图案140以及第一被钉扎磁性图案PL1。第二被钉扎磁性图案PL2可以设置在钉扎图案190和交换耦合图案140之间，第一被钉扎磁性图案PL1可以设置在交换耦合图案140和隧道阻挡图案TBR之间。换句话说，根据示例实施方式的第一磁性结构MS1可以是包括第一被钉扎磁性图案PL1和第二被钉扎磁性图案PL2的多层磁性结构，该第一被钉扎磁性图案PL1和第二被钉扎磁性图案PL2具有实质上平行于基板100的顶表面的磁化方向。

[0109] 第二被钉扎磁性图案PL2的磁化方向可以由钉扎图案190固定。交换耦合图案140可以以第一被钉扎磁性图案PL1的磁化方向和第二被钉扎磁性图案PL2的磁化方向实质上彼此反平行的方式将第二被钉扎磁性图案PL2的磁化方向耦合到第一被钉扎磁性图案PL1的磁化方向。

[0110] 钉扎图案190可包括反铁磁材料。例如，钉扎图案190可包括铂-锰(PtMn)、铱-锰(IrMn)、氧化锰(MnO)、硫化锰(MnS)、锰-碲(MnTe)、或氟化锰(MnF)中的至少一个。

[0111] 第二被钉扎磁性图案PL2可以包括铁磁材料。例如，第二被钉扎磁性图案PL2可以包括CoFeB、CoFe、NiFe、CoFePt、CoFePd、CoFeCr、CoFeTb或CoFeNi中的至少一个。交换耦合图案140可包括钌(Ru)、铱(Ir)、或铑(Rh)中的至少一个。

[0112] 第一被钉扎磁性图案PL1可包括铁磁材料。例如，第一被钉扎磁性图案PL1可以包括CoFeB、CoFeBe、CoFe、NiFe、CoFePt、CoFePd、CoFeCr、CoFeTb或CoFeNi中的至少一个。

[0113] 第二磁性结构MS2可以包括设置在隧道阻挡图案TBR上的第一自由磁性图案FL1。第二磁性结构MS2可以包括具有实质上平行于基板100的顶表面的磁化方向的至少一个自由磁性图案FL1。

[0114] 第一自由磁性图案FL1可以包括(CoxFe100-x)100-zBez合金，类似于参考图4描述的第一自由磁性图案FL1。此时，“x”可以在1至60的范围，“z”可以在2至15的范围。

[0115] 同时，即使在附图中未示出，在一些示例实施方式中第五类型磁隧道结图案MTJ5可以形成在基板100上。在此情况下，图10的第一自由磁性图案FL1可以设置在隧道阻挡图案TBR下面并且图10的第一被钉扎磁性图案PL1和第二被钉扎磁性图案PL2可以设置在隧道阻挡图案TBR上。

[0116] 图11是示出根据发明构思的示例实施方式的磁存储器件的剖面图。在示例实施方式中，与图8的实施方式中所描述的相同的元件将由相同的附图标记或相同的参考指示符表示，并且对于与图8的实施方式中的元件相同的元件的描述将被省略或简要地提及。换句话说，在下文将描述不同的示例实施方式之间的主要差异。

[0117] 参考图11，对应于图2C的第三类型磁隧道结图案MTJ3的磁隧道结图案MTJ可以提供在基板100上。换句话说，不同于上文所述的磁隧道结，根据示例实施方式的磁隧道结图案MTJ可以是双磁隧道结图案。详细地，磁隧道结图案MTJ可以包括第一磁性结构MS1、第二磁性结构MS2、第三磁性结构MS3、在第一磁性结构MS1和第二磁性结构MS2之间的第一隧道阻挡图案TBR1、以及在第二磁性结构MS2和第三磁性结构MS3之间的第二隧道阻挡图案TBR2。在此，第一磁性结构MS1、第一隧道阻挡图案TBR1和第二磁性结构MS2可以与参考图8描述的第一磁性结构MS1、隧道阻挡图案TBR和第二磁性结构MS2相同。

[0118] 第三磁性结构MS3可以包括在第二隧道阻挡图案TBR2上的第三被钉扎磁性图案PL3、在第三被钉扎磁性图案PL3上的第四被钉扎磁性图案PL4、以及在第三被钉扎磁性图案PL3和第四被钉扎磁性图案PL4之间的第二交换耦合图案145。第三磁性结构MS3可以与参考图4描述的第二磁性结构MS2相同。例如，第三被钉扎磁性图案PL3可以包括钴-铁-铍(CoFeBe)。

[0119] 磁存储器件可以包括包含CoFeBe并设置在隧道阻挡图案上的磁性图案。即使低温热处理工艺被执行，磁性图案也可具有优良的结晶性能、高TMR比和低转变电流。

[0120] 虽然已经参考示例实施方式描述了发明构思，然而对于本领域技术人员而言显然的是在不脱离发明构思的精神和范围的情况下，可以作出不同变化和改进。因此，应当理解，上述示例实施方式不是限制，而是说明性的。因此，发明构思的范围通过权利要求书及它们的等价物的最宽可允许解释来确定，而不应受到上述描述的限制或约束。