减少存储器装置的自由层的自旋抽运感应阻尼制造方法及图纸

本发明专利技术涉及减少存储器装置的自由层的自旋抽运感应阻尼。本发明专利技术揭示一种减少存储器装置(100)的自由层(110)的自旋抽运感应阻尼的系统和方法。所述存储器装置包括反铁磁性材料(AFM)钉扎层(104)，其与位线存取电极(102)接触。所述存储器装置还包括：被钉扎层(106)，其与所述AFM钉扎层接触；隧道势垒层(108)，其与所述被钉扎层接触；以及自由层(110)，其与所述隧道势垒层接触。所述存储器装置包括自旋扭矩增强层(112)，其与所述自由层接触且与存取晶体管电极接触。所述自旋扭矩增强层经配置以实质上减少所述自由层的自旋抽运感应阻尼。

【技术实现步骤摘要】
分案申请的相关信息本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2009年9月18日、申请号为200980137671.X、专利技术名称为“减少存储器装置的自由层的自旋抽运感应阻尼”的专利技术专利申请案。
本专利技术大体上涉及减少存储器装置的自由层的自旋抽运感应阻尼。
技术介绍
磁性隧穿结(MTJ)元件可用以产生磁性随机存取存储器(MRAM)。MTJ元件通常包括被钉扎层(pinnedlayer)、磁性隧道势垒和自由层，其中位值由自由层中的磁矩表示。自由层的磁矩相对于被钉扎层所运载的固定磁矩的方向的方向决定了由MTJ元件存储的位值。被钉扎层的磁化是固定的，而自由层的磁化可切换。当电流流经MTJ元件时，自由层的磁化方向在电流超过阈值时可改变。所述阈值取决于各种因子，包括自由磁性层的有效阻尼因子。自由磁性层的有效阻尼因子可依据自由磁性层的厚度和周围层的成分而变。周围层可经由自旋抽运效应来修改自由磁性层的有效阻尼常数。当自旋抽运增加时，电流阈值也增加，从而导致功率消耗增加且热生成增加，功率消耗增加和热生成增加通常是不合需要的。
技术实现思路
在特定实施例中，揭示了一种存储器装置。所述存储器装置包括：位线存取电极；以及反铁磁性材料(AFM)钉扎层，其与所述位线存取电极接触。所述存储器装置还包括：被钉扎层，其与所述AFM钉扎层接触；隧道势垒层，其与所述被钉扎层接触；以及自由层，其与所述隧道势垒层接触。所述存储器装置进一步包括自旋扭矩增强层，其与所述自由层接触且与存取晶体管电极接触。所述自旋扭矩增强层经配置以实质上减少所述自由层的自旋抽运感应阻尼。在另一特定实施例中，一种形成存储器装置的方法包括将自旋扭矩增强层沉积在第一电接点上。所述自旋扭矩增强层是绝缘层、隧道势垒层和半导电层中的一者。所述方法还包括将自由层沉积在自旋扭矩增强层上。所述方法还包括将间隔物层沉积在自由层上。所述方法还包括将被钉扎层沉积在间隔物层上。所述方法还包括将反铁磁性材料(AFM)钉扎层沉积在被钉扎层上。所述方法还包括将第二电接点沉积在AFM钉扎层上。自旋扭矩增强层经配置以实质上减小所述自由层的阻尼常数。在另一特定实施例中，一种磁性隧穿结(MTJ)结构包括与电接点接触的反铁磁性材料(AFM)钉扎层。所述MTJ结构还包括与AFM钉扎层接触的被钉扎层。所述MTJ结构还包括与被钉扎层接触的隧道势垒层。所述MTJ结构还包括与所述隧道势垒层接触的自由层。所述MTJ结构还包括与自由层接触的自旋扭矩增强层。所述自旋扭矩增强层包括氧化镁(MgO)，且经配置以通过减小自旋抽运效应来减小写入电流阈值。自由层可比被钉扎层更靠近衬底。在另一特定实施例中揭示了一种方法，其包括使读取电流穿过存储器装置的第一电接点，并穿过与所述第一电接点接触的反铁磁性材料(AFM)钉扎层。所述方法还包括检测对应于自由层的磁矩相对于被钉扎层的磁矩的相对定向的电阻，所述被钉扎层与AFM钉扎层接触。被钉扎层与隧道势垒层接触，隧道势垒层与自由层接触，自由层与自旋扭矩增强层接触，自旋扭矩增强层与存储器装置的第二电接点接触，且第二电接点耦合到存取晶体管。所揭示的实施例中的至少一者所提供的一个特定优点是实质上减少不对称切换，其中大写入电流可容易地使磁性隧穿结(MTJ)装置的状态从逆平行状态改变成平行状态，但小写入电流难以使MTJ装置的状态从平行改变成逆平行。所揭示的实施例中的至少一者所提供的另一特定优点是减小临界切换电流以用于改变所述MTJ装置的状态。在审阅整个申请案之后，本专利技术的其它方面、优点和特征将变得明显，所述整个申请案包括以下部分：附图说明、具体实施方式和权利要求书。附图说明图1是自旋扭矩转移式磁性随机存取存储器(STT-MRAM)装置的元件的第一说明性实施例；图2是STT-MRAM装置的元件的第二说明性实施例；图3是形成STT-MRAM装置的元件的方法的说明性实施例的流程图；以及图4是读取STT-MRAM装置的元件的方法的说明性实施例的流程图。具体实施方式参看图1，其描绘自旋扭矩转移式磁性随机存取存储器(STT-MRAM)的元件的第一说明性实施例，且大体将其指定为100。STT-MRAM100的元件包括具有位于衬底126上的磁性隧穿结(MTJ)结构101和存取晶体管116的位单元(bitcell)。MTJ结构101包括：耦合到位线118的位线存取电极102、反铁磁性(AFM)钉扎层104、被钉扎层106、隧道势垒层108、自由层110、自旋扭矩增强层112和存取晶体管电极114。存取晶体管电极114耦合到存取晶体管116的漏极区130。存取晶体管116由字线119选通，且具有耦合到源极120的源极区132。AFM钉扎层104与位线存取电极102接触。AFM钉扎层104将被钉扎层106的磁矩124的定向保持在特定方向。被钉扎层106与AFM钉扎层104接触，且可由铁磁性材料组成。隧道势垒层108与被钉扎层106接触，且物理上使被钉扎层106与自由层110隔离，同时使电流能够经由电子隧穿而流过隧道势垒层108。隧道势垒层108可由非磁性材料组成。在说明性实施例中，隧道势垒层108包括氧化镁(MgO)。自由层110与隧道势垒层108接触，且位于距衬底126距离d2142处。自由层110具有磁矩125，所述磁矩125可与被钉扎层106的磁矩124平行或逆平行对准。被钉扎层106可位于距衬底126距离d1140处，距离d1140大于距离d2142。自由层110的磁矩125可由超过写入电流阈值的电流来写入，且可使用小于所述写入电流阈值的电流来读取。在说明性实施例中，自由层110可为铁磁性的。在另一说明性实施例中，自由层110可为合成铁磁性层。自旋扭矩增强层112与自由层110接触。如下文将更详细地描述，自旋扭矩增强层112经配置以实质上减少自由层110的自旋抽运感应阻尼，且因此减小写入电流阈值。在特定实施例中，自旋扭矩增强层112和隧道势垒层108可包括氧化镁(MgO)，从而使得在制造STT-MRAM100的元件期间能够将同一材料用于两个层且减少所使用材料的数目。将氧化镁用于自旋扭矩增强层112和隧道势垒层108可减少制造成本(因为可使用较少材料)，且还可降低污染的可能性。在说明性实施例中，自旋扭矩增强层的厚度在0.2纳米(nm)与10nm之间。在特定实施例中，自旋扭矩增强层112包括以下各项中的至少一者：铝(Al)氧化物、硼(B)氧化物、铜(Cu)氧化物、钴(Co)氧化物、铬(Cr)氧化物、铁(Fe)氧化物、锗(Ge)氧化物、钼(Mo)氧化物、镁(Mg)氧化物、铌(Nb)氧化物、镍(Ni)氧化物、硅(Si)氧化物、钽(Ta)氧化物、钛(Ti)氧化物、钒(V)氧化物以及钨(W)氧化物。在另一特定实施例中，自旋扭矩增强层112包括以下各项中的至少一者：铝(Al)氮化物、硼(B)氮化物、硅(Si)氮化物、锗(Ge)氮化物、钛(Ti)氮化物以及铂(Pt)氮化物。在另一特定实施例中，自旋扭矩增强层112包括以下各项中的至少一者：银(Ag)氧化物、铝(Al)氧化物、砷(As)氧化物、金(Au)氧化物、碳(C)氧化物、镉(Cd)氧化物、铜(Cu)氧化物、镓(Ga)氧化物、锗(Ge)氧化物、汞(Hg)氧化物、铟(In)氧化物、铱(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器装置，其包含：位线存取电极，其与位线接触；反铁磁性材料(AFM)钉扎层，其与所述位线存取电极接触；被钉扎层，其与所述反铁磁性材料钉扎层接触；隧道势垒层，其与所述被钉扎层接触；自由层，其与所述隧道势垒层接触；自旋扭矩增强层，其与所述自由层接触；以及存取晶体管电极，其与所述自旋扭矩增强层接触并与存取晶体管的漏极区接触，其中所述存取晶体管的栅极区与字线接触，且其中所述存取晶体管的源极区与源极连接件接触。

【技术特征摘要】
2008.09.24 US 12/236,9561.一种存储器装置，其包含：位线存取电极，其与位线接触；反铁磁性材料(AFM)钉扎层，其与所述位线存取电极接触；被钉扎层，其与所述反铁磁性材料钉扎层接触；隧道势垒层，其与所述被钉扎层接触；自由层，其与所述隧道势垒层接触；自旋扭矩增强层，其与所述自由层接触；以及存取晶体管电极，其与所述自旋扭矩增强层接触并与存取晶体管的漏极区接触，其中所述存取晶体管的栅极区与字线接触，且其中所述存取晶体管的源极区与源极连接件接触。2.根据权利要求1所述的存储器装置，其中所述自旋扭矩增强层包含镁氧化物(MgO)、银氧化物(AgO)、砷氧化物(AsO)、镉氧化物(CdO)、镓氧化物(GaO)、汞氧化物(HgO)、铟氧化物(InO)、铱氧化物(IrO)、锇氧化物(OsO)、钯氧化物(PdO)、锑氧化物(SbO)或碲氧化物(TeO)及其结合。3.根据权利要求1所述的存储器装置，其中所述自旋扭矩增强层的厚度大于5纳米(nm)且小于或等于10nm，且其中将所述自由层沉积于所述自旋扭矩增强层上的工艺步骤早于沉积所述被钉扎层的工艺步骤。4.根据权利要求1所述的存储器装置，其中数据值是响应施加于所述位线存取电极与所述存取晶体管电极之间的读取电流而读取。5.根据权利要求4所述的存储器装置，其中所述读取电流流经所述位线存取电极和所述反铁磁性材料钉扎层，以检测对应于所述自由层和所述被钉扎层的磁矩的定向的电阻。6.根据权利要求1所述的存储器装置，其中所述存储器装置是自旋扭矩隧穿式磁性隧穿结(STT-MTJ)装置的元件。7.根据权利要求1所述的存储器装置，其中所述被钉扎层包含第一被钉扎层，所述第一被钉扎层具有基本上由钴(Co)、铁(Fe)和硼(B)组成的化合物。8.根据权利要求7所述的存储器装置，其中所述被钉扎层进一步包含第二被钉扎层，所述第二被钉扎层具有基本上由钌(Ru)组成的化合物，且其中所述第二被钉扎层与所述第一被钉扎层接触。9.根据权利要求8所述的存储器装置，其中所述被钉扎层包含第三被钉扎层，所述第三被钉扎层具有基本上由钴(Co)和铁(Fe)组成的化合物，且其中所述第三被钉扎层与所述第二被钉扎层接触。10.根据权利要求1所述的存储器装置，其中所述隧道势垒层和所述自旋扭矩增强层每一者均包含镁氧化物(MgO)层。11.根据权利要求1所述的存储器装置，其中所述自旋扭矩增强层包含铜氧化物。12.根据权利要求1所述的存储器装置，其中所述自由层能够控制所述被钉扎层的磁性并减少在磁性隧穿结(MTJ)装置中的不对称切换。13.一种形成存储器装置的方法，所述方法包含：将自旋扭矩增强层沉积在存取晶体管电极上，所述存取晶体管电极与存取晶体管的漏极区接触，其中所述存取晶体管的栅极与字线接触，且其中所述存取晶体管的源极区与源极连接件接触；在沉积所述自旋扭矩增强层之后，将自由层沉积在所述自旋扭矩增强层上；在沉积所述自由层之后，将间隔物层沉积在所述自由层上；在沉积所述间隔物层之后，将所述被钉扎层沉积在所述间隔物层上；在沉积所述被钉扎层之后，将反铁磁性材料(AFM)钉扎层沉积在所述被钉扎层上；以及在沉积所述反铁磁性材料钉扎层之后，沉积与位线接触的位线存取电极。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述自旋扭矩增强层包含双钙钛矿(SR2FeMoO...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓春，升·H·康，李霞，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US