利用磁致电阻效应的相变存储器及其制造和操作方法

摘要

本发明涉及一种利用磁致电阻效应的相变存储器以及操作和制造这样的相变存储器的方法。该相变存储器包括：衬底；开关元件，形成在该衬底中；以及存储节点，连接到该开关元件，该存储节点包括：下电极，连接到该开关元件；第一相变层，形成在该下电极上；磁致电阻层，形成在该第一相变层上；第二相变层，形成在该磁致电阻层上；以及上电极，形成在该第二相变层上。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器及其制造和操作方法，更特别地，涉及利用磁致电阻效应的半导体存储器及其制造和操作方法。

背景技术

相变存储器例如相变随机存取存储器(PRAM)是诸如闪存、铁电随机存取存储器(FRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)等的非易失性存储器之一。PRAM与其他非易失性存储器的结构差别在于存储节点。

PRAM的存储节点包括下电极10、下电极接触层12、相变层14、以及上电极16，如图1所示。如果重置脉冲电流Ireset应用到存储节点一短时间，接触下电极接触层12的部分相变层14变为非晶区18。

这样，如果当相变层14中存在非晶区18时相变层14的电阻是第一电阻，且当相变层14全部在晶体状态时相变层14的电阻是第二电阻，那么由于非晶区18的出现，第一电阻大于第二电阻。

PRAM是利用相变层的电阻特性记录和读取位数据的存储器，其电阻根据相变层的相(phase)而改变。

具有图1所示的存储节点结构的常规PRAM的问题在于应用到PRAM从而在相变层14中形成非晶区的写电流，即重置电流，大于PRAM的晶体管中容许的电流极限值。

PRAM的集成可以通过减小PRAM的晶体管和存储节点的尺寸而增大。然而，如果仅减小晶体管的尺寸，则晶体管中容许的最大电流减小。因此，除非PRAM的写操作期间施加的重置电流减小到小于晶体管中容许的最大电流，否则会更难以进一步增大未来PRAM的集成密度。

因此，已经提出了许多方法来减小常规PRAM中的重置电流，例如，减小具有图1所示结构的存储节点中下电极接触层12的宽度的方法，氧化下电极接触层12的方法，对下电解接触层12使用高电阻TiAlN层的方法等。

所述方法是通过增大下电极接触层12中的电流密度来减小重置电流的方法，因此产生更多的焦耳热。然而，因为所述方法会增大设置电阻，PRAM的产率和可靠性会变差。

发明内容

本发明提供一种能减小重置电流(reset current)而不增大设置电阻(setresistance)的相变存储器。

本发明还提供一种操作该相变存储器的方法。

本发明还提供一种制造该相变存储器的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种相变存储器，包括：衬底；开关元件，形成在该衬底中；以及存储节点，连接到该开关元件，该存储节点包括：下电极，连接到该开关元件；第一相变层，形成在该下电极上；磁致电阻层，形成在该第一相变层上；第二相变层，形成在该磁致电阻层上；以及上电极，形成在该第二相变层上。

该相变存储器还可包括该下电极与该第一相变层之间的下电极接触层。

该磁致电阻层的厚度可以在从该第一相变层到该第二相变层的包括该磁致电阻层的厚度的5％至50％的范围内。

该磁致电阻层可包括：设置在该第一相变层上的第一磁层；设置在该第一磁层上的非磁层；以及设置在该非磁层上且具有比该第一磁层大的矫顽力的第二磁层。

该下电极接触层可以在与该第一相变层的中心部分间隔开的位置接触该第一相变层。

根据本发明一实施例，该第一相变层、该磁致电阻层、以及该第二相变层可以顺序堆叠在该下电极的上表面的一部分上，该下电极的上表面的其余部分可以被覆盖以绝缘层。在此情况下，该上电极可以形成在该绝缘层上从而覆盖该第二相变层。

该第一磁层可以是铁磁层且可以是选自包括Co层、Fe层、NiFe层的组的层。该非磁层可以是选自包括相变材料层、铜(Cu)层和铬(Cr)层的组的层。该第二磁层可以是铁磁层且可以是选自包括SmCo层、SmFe层、NdFeB层和NdFe层的组的层。

该磁致电阻层可以是选自包括巨磁致电阻(GMR)层、隧道磁致电阻(TMR)层和庞磁致电阻(CMR)层的组的层。

根据本发明的另一方面，提供一种操作上述相变存储器的方法，该方法包括：维持晶体管在导通状态；施加电压在所述下电极和所述上电极之间。

在所述操作方法中，所述电压可以是使重置电流在该上电极和该下电极之间流动的写电压。

所述电压可以是使设置电流在该上电极与该下电极之间流动的擦除电压。

所述电压可以是施加来测量所述存储节点的电阻且读取记录在该存储节点中的数据的读电压。在此情况下，该方法还可包括：通过施加所述读电压测量所述存储节点的电阻；将所测量的电阻与参考电阻比较；以及将记录在该存储节点中的数据读为1或0。

根据本发明的另一方面，提供一种制造相变存储器的方法，包括：在衬底中形成开关元件；在该衬底上形成覆盖该开关元件的第一绝缘中间层；在该第一绝缘中间层中形成暴露该开关元件的接触孔，且用导电塞填充该接触孔；在该第一绝缘中间层上形成覆盖该导电塞的下电极；在该第一绝缘中间层上形成覆盖该下电极的第二绝缘中间层；在该第二绝缘中间层中形成暴露该下电极的通孔，且用下电极接触层填充该通孔；以及在该第二绝缘中间层上顺序堆叠第一相变层、磁致电阻层、第二相变层和上电极，覆盖该下电极接触层。

可以形成该第一相变层使得该下电极在与该第一相变层的中心部分间隔开的位置接触该第一相变层。

根据本发明的另一方面，提供一种制造相变存储器的方法，包括：在衬底中形成开关元件；在该衬底上形成覆盖该开关元件的第一绝缘中间层；在该第一绝缘中间层中形成暴露该开关元件的接触孔，且用导电塞填充该接触孔；在该第一绝缘中间层上形成覆盖该导电塞的下电极；在该下电极的上表面的一部分上顺序堆叠第一相变层、磁致电阻层和第二相变层；在该第一绝缘中间层上形成覆盖该下电极，且覆盖该第一相变层、该磁致电阻层和该第二相变层的绝缘层；抛光该绝缘层的上表面直到暴露该第二相变层；以及在被抛光的绝缘层上形成覆盖该第二相变层的上电极。

在该制造方法中，可以形成该第一相变层使得该下电极在与该第一相变层的中心部分间隔开的位置接触该第一相变层。

该磁致电阻层可以通过在该第一相变层上顺序堆叠第一磁层、非磁层和第二磁层来形成。这里，该第一磁层可以是铁磁层，且可以是选自包括Co层、Fe层、NiFe层和CoFe层的组的层。该非磁层可以是选自包括相变材料层、铜(Cu)层和铬(Cr)层的组的层。该第二磁层可以是铁磁层，且可以是选自包括SmCo层、SmFe层、NdFeB层和NdFe层的组的层。

该磁致电阻层可以形成为具有从该第一相变层到该第二相变层包括该磁致电阻层的厚度的5％至50％的厚度。该磁致电阻层可以是选自包括巨磁致电阻(GMR)层、隧道磁致电阻(TMR)层和庞磁致电阻(CMR)层的组的层。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加明显，附图中：

图1是剖视图，示出常规相变存储器的存储节点以及当施加重置电流时存储节点的变化；

图2是剖视图，示出根据本发明一实施例利用磁致电阻效应的相变存储器；

图3A和3B是放大视图，示出图2的相变存储器的存储节点；

图4A和4B是剖视图，示出与图3A和3B相比，相变存储器中存储节点到开关元件的另一连接位置；

图5A是曲线图，示出图2的相变存储器的存储节点中磁致电阻层的滞后特性，图5B和5C是剖视图，示出磁致电阻层的下磁层的磁极化方向与滞后特性相关的改变；

图6A和6B是剖视图，示出操作图2的相变存储器的方法；

图7至11是剖视图，示出根据处理顺序制造图2的相变存储器的方法；以及

图12是剖视图，示出图2的相变存储器的存储节点的修改示例。

具体实施方式

下面，将参照附图更充分地描述根据本发明的利用磁致电阻效应的相变存储器以及操作和制造该相变存储器的方法。附图中，为了清晰起见而放大的层的厚度和区域。

首先，将描述根据本发明一实施例的相变存储器(下文称为本发明的存储器)。

参照图2，掺杂以导电杂质例如n型杂质的第一和第二杂质区域S1和D1形成为在本发明的存储器的衬底40中彼此间隔开。衬底40是掺杂以具有与掺杂第一和第二杂质区S1和D1的导电杂质相反的极性的导电杂质的衬底，例如p型硅衬底。第一和第二杂质区S1和D1可具有不同形状。第一和第二杂质区S1和D1之一，例如第一杂质区S1，可以是源极区，另一区域可以是漏极区。栅极氧化物层42和栅极电极44顺序堆叠在衬底40上在第一和第二杂质区S1和D1之间。衬底40、第一和第二杂质区S1和D1、以及栅极电极44构成场效应晶体管(下文称为晶体管)。

覆盖该晶体管的第一绝缘中间层46形成在衬底40上。接触孔48形成在第一绝缘中间层46中从而暴露第一杂质区S1。接触孔48可以形成在暴露第二杂质区D1而不是第一杂质区S1的位置。接触孔48被填充以导电塞50。下电极60形成在第一绝缘中间层46上从而覆盖导电塞50的暴露上表面。下电极60还起到垫层(pad layer)的作用。下电极60可以是例如TiN电极或TiAlN电极。但是，下电极60可以由上述材料之外的材料形成。覆盖下电极60的第二绝缘中间层61形成在第一绝缘中间层46上。第二绝缘中间层61可以由与第一绝缘中间层46相同的材料形成。接触孔h2形成在第二绝缘中间层61中从而暴露下电极60的上表面。接触孔h2被填充以下电极接触层64。第一相变层56形成在第二绝缘中间层61上从而覆盖下电极接触层64的暴露上表面。第一相变层56可以是GST层，但是可以是GST层以外的相变材料层。磁致电阻层GM1形成在第一相变层56上。磁致电阻层GM1可以是巨磁致电阻(GMR)层。磁致电阻层GM1包括形成在第一相变层56上的第一磁层58、以及顺序堆叠在第一磁层58上的非磁层59和第二磁层62。第一磁层58优选由相关于外磁场例如重置电流产生的磁场自由反转磁极化，且当外磁场消失时回到初始磁极化状态的铁磁层形成。例如，第一磁层58可以是选自包括Co层、Fe层、NiFe层和CoFe层的组的一种。非磁层59形成来防止第一和第二磁层58和62的磁耦合，且可以是例如选自包括相变材料层、铜(Cu)层和铬(Cr)层的组的一种。第二磁层62是具有比第一磁层58大得多的矫顽力的铁磁层，且可以是例如选自包括SmCo层、SmFe层、NdFeB层和NdFe层的组的一种。第二磁层62是被钉扎磁层，其磁极化被固定到给定方向。第二磁层62的磁极化不被与相变存储器的操作有关的流经第一相变层56的电流例如重置电流或设置电流产生的磁场、或者存储节点100之外产生的磁场所反转。因此，磁致电阻层GM1的电阻根据第一磁层58的磁极化方向最终增大或减小。

磁致电阻层GM1除巨磁致电阻(GMR)层外还可以是隧道磁致电阻(TMR)层和庞磁致电阻(CMR)层的任一种。

然后，参照图2，第二相变层66设置在磁致电阻层GM1上。第二相变层66可以在厚度上比第一相变层56厚，且可以由与第一相变层56相同的相变材料层形成。上电极68形成在第二相变层66上。

图3A是放大视图，示出图2的相变存储器的存储节点100，其中下电极60被排除。

参照图3A，磁致电阻层GM1的第一和第二磁层58和62的磁极化方向A1和A2相同。本发明的存储可将这样的状态作为初始状态，即第一磁层58的磁极化方向A1与第二磁层62的磁极化方向A2相反(下文称为第一状态)。但是，当将本发明的存储器的初始状态设置为第一状态时，设置过程与将第一和第二磁层58和62的磁极化方向A1和A2相同的状态(下文称为第二状态)设置为初始状态的情况相比是不方便的。

具体地，为了使本发明的存储器的初始状态是第一状态，通过使第一电流流到存储节点100或者将存储节点100曝露于外磁场，使第一和第二磁层58和62的磁极化方向A1和A2设置为给定方向(图3A中是右方向)，然后，通过使第二电流(第二电流＜第一电流)沿与第一电流的方向相反的方向流到存储节点100，使第一磁层58的磁极化方向A1被设置为与第二磁层62的磁极化方向A2相反的方向(图3A中为左方向)。

然而，为了使本发明的存储器的初始状态如第二状态那样，如图3A所示，仅第一电流流经存储节点100，或者存储节点100仅曝露于外磁场。

如上所述，在本发明的存储器的初始状态的设置中，设置第二状态作为初始状态的情况比设置第一状态作为初始状态的情况更简单，本发明的存储器优选使第二状态作为初始状态，且次优选地可以使第一状态作为初始状态。

同时，参照图3A，磁致电阻层GM1的厚度H可以是从第一相变层56到第二相变层66的厚度的约5％至50％，例如约10nm(100)。这样，第一磁层58、非磁层59和第二磁层62可具有一范围内的厚度从而满足磁致电阻层GM1的整个厚度。例如，第一和第二磁层58和62的每个可具有30至50的厚度。非磁层59可具有40的厚度。图3B是平面图，示出图3A的存储节点100，如图3B所示，下电极接触层64形成在上电极68的中心。因为第一相变层56、磁致电阻层GM1、第二相变层66和上电极68顺序堆叠，所以如图3B所示下电极接触层64设置在上电极68的中心的事实意味着下电极接触层64接触第一相变层56的中心。

同时，本发明的存储器在其操作中不受下电极接触层64与第一相变层56之间接触位置的较多影响。因此，下电极接触层64可以不如图3B所示地接触第一相变层56的中心，图4A和4B示出其一个实施例。

参照图4A和4B，示出下电极接触层64与第一相变层56的一个角接触。

图5A示出本发明的存储器的存储节点100中第一和第二磁层58和62的磁滞特性，图5B示出根据作为软磁层的第一磁层58的滞后特性第一磁层58的磁极化方向的改变。

图5A的第一曲线G1示出作为软磁层的第一磁层58的磁滞特性，图5A的第二曲线G2示出作为硬磁层的第二磁层62的磁滞特性。

比较图5A的第一和第二曲线G1和G2，可知第一曲线G1的矫顽力H1c比第二曲线G2的矫顽力H2c小得多。此外，示出了第一曲线G1位于第二曲线G2内，且对角地向右倾斜。该事实意味着即使第二磁层62在足以完全反转第一磁层58的磁极化的磁场下，第二磁层62的磁极化不会反转。此外，第一磁层58的磁极化方向在第一曲线G1的第一点1与第二磁层62的磁极化方向相同。在第一曲线G1的第二点2，第一磁层58的磁极化方向与第二磁层62的磁极化方向相反。在第一曲线G1的第二点2第一磁层58的状态与重置电流施加到本发明的存储器的存储节点100的时候相同。此时，重置电流产生的磁场的强度低于能完全反转第一磁层58的磁极化的饱和磁场的强度。

当第一磁层58在所述饱和磁场下时，第一磁层58的磁极化状态对应于第一曲线G1的低点P1。当第一磁层58的磁极化状态在与第一曲线G1的低点P1对应的状态时，第一磁层58的磁极化状态不回到与第一曲线G1的第一点1对应的状态，即第一和第二磁层58和62的磁极化方向相同的状态，且维持第一磁层58的磁极化方向与第二磁层62的磁极化方向相反的状态。

然而，如上所述，由于施加到本发明的存储器的存储节点100的重置电流所产生的磁场的强度低于所述饱和磁场的强度，所以重置电流施加到存储节点100时第一磁层58的磁极化状态处于与第一曲线G1的低点P1之上的第二点2对应的状态。因此，当所施加的重置电流停止时，第一磁层58的磁极化状态从与第一曲线G1的第二点2对应的状态回到与第一曲线G1的第一电1对应的状态。即，当施加到本发明的存储节点100的重置电流停止时，第一磁层58的磁极化方向回到施加重置电流之前的初始状态，使得第一磁层58的磁极化方向变为与第二磁层62的磁极化方向相同，如图5B所示。图5C示出当第一磁层58的磁极化状态处于与第一曲线G1的第二点对应的状态时，相对于第二磁层62的磁极化方向，第一磁层58的磁极化方向。

现在，将说明操作上述本发明的存储器的方法。

重置脉冲电流Ireset施加到本发明的存储器的存储节点100预定时间，如图6A的(a)所示。设想在施加重置电流Ireset之前存储节点100处于初始状态。即，设想在施加重置电流Ireset之前第一和第二磁层58和62的磁极化方向A1和A2相同。

当重置电流Ireset施加到存储节点100时，第一磁层58的磁极化方向A1通过重置电流Ireset产生的磁场的影响而变为与第二磁层62的磁极化方向A2相反，如图6A的(b)所示。

由于第一磁层58对重置电流Ireset产生的磁场的反应几乎与所施加的重置电流Ireset同时发生，所以反应时间远短于重置电流Ireset的施加时间(数纳秒)。因此，第一和第二磁层58和62的磁极化方向A1和A2在第一相变层56的接触下电极接触层64的预定部分70被施加重置电流时的焦耳热加热之前已经变为彼此相反。于是，第一相变层56的接触下电极接触层64的预定部分在第一和第二磁层58和62的磁极化方向A1和A2变为彼此相反的状态中处于焦耳加热之下。

这样，在第一和第二磁层58和62的磁极化方向A1和A2变为彼此相反的状态下，流经磁致电阻层GM1的重置电流Ireset收到来自第一磁层58的电阻且还承受来自第二磁层62的电阻。

具体地，重置电流Ireset包括分别相同比率的自旋极化向上的电子和自旋极化向下的电子。大多数自旋极化向下的电子容易地通过第一磁层58的同时，大多数自旋极化向上的电子由于第一磁层58的磁极化状态而不能通过第一磁层58且被反射到相反方向。

同时，通过第一磁层58的大多数自旋极化向下的电子不能通过具有与第一磁层58相反的磁极化方向的第二磁层62，且被反射到相反方向。

结果，磁致电阻层GM1的电阻与第一和第二磁层58和62的磁极化方向相同时相比增大很多。因此，施加重置电流Ireset时磁致电阻层GM1产生的焦耳热与相变层代替磁致电阻层GM1存在于磁致电阻层GM1的位置时相比进一步增大。因此，施加到本发明的存储器的重置电流与常规重置电流相比可以减小。

这样，第一相变层56的接触下电极接触层64的部分由于施加重置电流时磁致电阻层GM1和第一相变层56产生的热而变为非晶区70，如图6A的(b)所示。

由于重置电流Ireset产生的磁场的强度低于第一磁层58的饱和磁场的强度，所以第一磁层58的磁极化方向A1在施加重置电流Ireset之后回到初始状态，如图5所示，使得第一磁层58的磁极化方向A1变为与第二磁层62的磁极化方向A2相同。图6B示出上述结果。

如上所述，如果非晶区70通过重置电流Ireset的应用而存在于第一相变层56的接触下电极接触层64的部分中，则在施加重置电流Ireset之后，即使第一磁层58的磁极化方向A1变为与第二磁层62的磁极化方向A2相同，存储节点的电阻与施加重置电流Ireset之前的电阻相比也增大了。当施加重置电流后存储节点的电阻如上所述地为高时视为位数据1被记录。当第一和第二磁层58和62的磁极化方向A1和A2相同且非晶区70不存在于第一相变层56中时，视为位数据0被记录在本发明的存储器件中。在位数据的记录中，位数据1被记录的状态可以视为位数据0被记录，或者相反的情况也是可行的。

如上记录的位数据可以如下读取。

具体地，晶体管维持在导通状态。然后，通过在下电极60和上电极68之间施加预定读电压来测量存储节点100的电阻。所测得的电阻与参考电阻比较。作为比较结果，当所测得的电阻高于参考电阻时，认为读取了位数据1。比较结果中，当所测得的电阻低于参考电阻时，认为读取了位数据0。

擦除操作通过在晶体管维持导通的状态下施加设置电流到存储节点100来进行。此时，设置电流低于重置电流。然而，施加设置电流的时间长于施加重置电流Ireset的时间。当非晶区70存在于存储节点100中时，非晶区70通过施加设置电流时产生的热变为初始晶体结构的区。

这样，由于在擦除过程期间施加设置电流时第一磁层58的磁极化方向被相反地改变，且在磁致电阻层GM1以及第一相变层56中产生热，所以设置电流通过与施加重置电流Ireset的情况类似的原理可以被减小。

现在，由本发明的发明人进行模拟来检验如上所述本发明的存储器中重置电流的减小。

在模拟中，发明人将本发明的存储器的存储节点的下电极接触层64设置为位于第一相变层56的一角，如图4所示，而不位于第一相变层56的中心。此外，模拟中，图4所示的存储节点的第一和第二相变层56和66以及磁致电阻层GM1被GST层和具有预定巨磁致电阻效率的10nm条所代替。此外，在将与如上形成的本发明的存储节点比较的常规存储节点的准备中，仅GST层设置在上和下电极之间。

在利用如上准备的本发明的存储节点和常规存储节点的模拟中，模拟通过第一和第二模拟分别进行，以检验重置电流根据巨磁致电阻效率改变的改变。

在第一模拟中，在本发明的存储节点的磁致电阻效率设置为约30％的状态下测量重置电流，其它条件与第二模拟相同。在第二模拟中，在本发明的存储节点的磁致电阻效率设置为约50％的状态下测量重置电流，其它条件与第一模拟相同。

第一和第二模拟的结果示于下面的表1中。

表1

  划分             重置电流(mA)  本发明的存储节点  常规存储节点  第一模拟  1.216  1.295  第二模拟  1.175  1.295

如表1所示，在第一和第二模拟中本发明的存储节点的重置电流全部低于常规存储节点的重置电流。此外，当仅考虑本发明的存储节点时，第二模拟中本发明的存储节点的重置电流低于第一模拟中本发明的存储节点的重置电流。

从所述结果可知，本发明的相变存储器的重置电流低于常规相变存储器的重置电流。此外，当仅考虑本发明的相变存储器时，重置电流在存储节点的巨磁致电阻效率高时减小。

现在，将说明制造上述本发明的存储器的方法。

参照图7，其中将形成器件元件的有源区和其中不形成器件元件的场区域定义在衬底40中。衬底40可以由硅衬底形成，其中注入有例如p型导电杂质。场氧化层(未示出)形成在场区域中用于隔离。栅极氧化层42和栅极电极44顺序形成在衬底40的有源区的预定部分上。然后，利用栅极电极44作为掩模，有源区被掺杂以具有与衬底40中的杂质相反的极性的导电杂质，例如n型杂质。这样，形成第一和第二杂质区S1和D1，栅极电极44形成在它们之间。第一和第二杂质区S1和D1可以形成有轻掺杂漏极(LDD)类型。第一和第二杂质区S1和D1之一可以是源极区，另一个可以是漏极区。这样，场效应晶体管形成在衬底40中。场效应晶体管是开关元件的一种，且可以由其它开关元件例如二极管等代替。

然后，在第一绝缘中间层46形成在衬底40上从而覆盖该晶体管之后，接触孔48形成在第一绝缘中间层46中从而暴露第一杂质区S1。接触孔48可以形成在暴露第二杂质区D1而不是第一杂质区S1的位置。在导电材料(未示出)堆叠在第一绝缘中间层46上从而填充接触孔48之后，导电材料的上表面被平坦化，直到第一绝缘中间层46被暴露。这样，接触孔48被填充以导电塞50。

然后，参照图8，下电极60形成在第一绝缘中间层46上从而覆盖导电塞50的暴露上表面。然后，第二绝缘中间层61形成在第一绝缘中间层46上从而覆盖下电极60。第二绝缘中间层61可以由与第一绝缘中间层46相同的材料构成。

然后，如图9所示，在通孔h2形成于第二绝缘中间层61中从而暴露下电极60之后，通孔h2被填充以下电极接触层64。下电极接触层64可以由例如TiN层或TiAlN层形成，或者可以由除此之外的其它导电层形成。在形成下电极接触层64的工艺期间，下电极接触层64的上表面可以根据需要而形成为凹陷或平坦。

然后，参照图10，第一相变层56形成在第二绝缘中间层61的上表面上从而覆盖下电极接触层64的暴露表面。第一相变层56可以由例如GST层形成。第一磁层58、非磁层59和第二磁层62顺序形成在第一相变层56上。第一和第二磁层58和62作为铁磁层可以由本发明的存储器中描述的磁材料层形成。非磁层59可以由本发明的存储器中描述的材料形成。第一磁层58、非磁层59和第二磁层62构成磁致电阻层。磁致电阻层可以形成有从第一相变层56到稍后将形成的第二相变层66的厚度的5％至50％的厚度，例如，可以形成有约10nm的厚度。因此，第一和第二磁层58和62以及非磁层59的厚度可以考虑到其总厚度来确定。此外，磁致电阻层可以由上述巨磁致电阻层形成，还可以由隧道磁致电阻(TMR)层和庞磁致电阻(CMR)层中的任一种形成。

在形成第二磁层62之后，第二相变层66形成在第二磁层62的上表面。第二相变层66可以由与第一相变层56相同的材料层形成。第二相变层66可以形成得在厚度上大于第一相变层56。上电极68形成在第二相变层66的上表面上。光致抗蚀剂层图案M形成在上电极68的预定部分上。光致抗蚀剂层图案M限定将形成存储节点的区域。然后，上电极68的暴露部分利用光致抗蚀剂层图案M作为蚀刻掩模被蚀刻。进行蚀刻直到第二绝缘中间层61被暴露。结果，如图11所示，光致抗蚀剂层图案M周围的第一和第二相变层56和66、第一和第二磁层58和62、非磁层59、以及上电极68被去除，仅在光致抗蚀剂层图案M之下留有材料层。蚀刻之后，光致抗蚀剂层图案M被去除。这样，覆盖下电极接触层64且包括磁致电阻层GM1的存储节点100形成在第二绝缘中间层62上。

同时，存储节点100可以用图12所示的存储节点200代替。

参照图12，形成堆叠结构SS1的第一相变层56、第一磁层58、非磁层59、第二磁层62和第二相变层66顺序形成在下电极60的预定部分上，绝缘层80设置在下电极60上在堆叠结构SS1周围，覆盖堆叠结构SS1的上电极68设置在绝缘层80上。

如下制造具有上述结构的存储节点200。

具体地，第一相变层56、第一磁层58、非磁层59、第二磁层62和第二相变层66顺序堆叠在第一绝缘中间层46上从而覆盖下电极60。光致抗蚀剂层图案(未示出)形成在第二相变层66上。此时，形成光致抗蚀剂层图案来限定形成在下电极60上的第二相变层66的部分。利用光致抗蚀剂层图案作为蚀刻掩模，第二相变层66的暴露部分被蚀刻，然后，根据层改变蚀刻条件，第二磁层62、非磁层59、第一磁层58、以及第一相变层56被顺序蚀刻。这样，进行蚀刻直到下电极60被暴露，光致抗蚀剂层图案周围的第一相变层56、第一磁层58、非磁层59、第二磁层62、以及第二相变层66被去除。完成蚀刻之后，光致抗蚀剂层图案被去除。

然后，堆叠结构SS1形成在下电极60上，如图12所示。

如上所述地形成堆叠结构SS1之后，覆盖下电极60和堆叠结构SS1的绝缘层80形成在第一绝缘中间层46上，绝缘层80形成有比堆叠结构SS1更大的厚度。然后，绝缘层80的上表面被抛光，直到堆叠结构SS1被暴露。

在通过抛光暴露堆叠结构SS1之后，上电极68形成在抛光的绝缘层80上从而覆盖堆叠结构SS1的暴露部分。然后，光致抗蚀剂层图案(未示出)形成在上电极68上从而覆盖堆叠结构SS1，上电极68的暴露部分利用光致抗蚀剂层图案作为蚀刻掩模被蚀刻。蚀刻之后，光致抗蚀剂层图案被去除。

这样，形成如图12所示的存储节点200。在图12的存储节点200中，第一磁层58、非磁层59、以及第二磁层62形成磁致电阻层，磁致电阻层可满足参照图10所说明的厚度条件，且可以是巨磁致电阻层，隧道磁致电阻层和庞磁致电阻层中的任一种。

已经作出了许多特定描述，但是这些描述应理解为示例性实施例的例子，而不是定义本发明的范围。例如，对本领域技术人员来说显然地存储节点的结构可以与上述结构不同。此外，第一和第二磁层58和62可以由上述磁材料之外的材料构成。此外，第一磁层58可以仅形成在第一相变层56的上表面的一部分上，而不是形成在第一相变层56的整个上表面上，该上表面的其余部分可以被覆盖以绝缘层。第二磁层62可以仅形成在非磁层59的上表面的一部分上。因此，本发明的范围必须由所附权利要求的思想来定义，而不是由上述实施例来定义。

如上所述，本发明的相变存储器包括磁致电阻层，其电阻在施加重置电流于存储节点的第一和第二相变层之间时同时增大。因此，在本发明的存储器中，由于即使采用比常规情况低的重置电流，在磁致电阻层中产生更多的热，所以即使施加比常规情况低的重置电流，数据也可以被记录。

如上所述，由于利用本发明的存储器可以减小重置电流，所以晶体管容许的最大电流可以被减小。因此，晶体管的尺寸可以比过去进一步减小，由此导致诸如相变随机存取存储器(PRAM)的相变存储器的集成密度的增大。

此外，由于本发明的存储器件中重置电流的减小不是下电极接触层的尺寸减小所导致的，所以重置电流的减小不影响设置电阻。

虽然参照其示例性实施例特别显示和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不偏移所附权利要求定义的本发明的思想和范围的情况下，可进行许多形式和细节上的改变。