自旋转矩多栅极器件制造技术

技术编号:15726144 阅读:186 留言:0更新日期:2017-06-29 18:18
公开了一种多栅极器件,包括:一组有区别的输入区域;一个输出区域;每一个区域包括夹在自由层叠层和硬层之间的非磁性层,自由层叠层包括籽层上的主体PMA层;在主体PMA层上,磁性层与非磁性层接触;以及每一个区域至少共享主体PMA层和籽层。主体PMA层和籽层由此是输入区域和输出区域的共用层。

【技术实现步骤摘要】
自旋转矩多栅极器件公开领域本公开一般涉及磁性器件,更具体地涉及多栅极(majoritygate)器件,诸如自旋转矩磁性器件(STMG)。公开背景当前CMOS逻辑电路的问题之一是在缩小器件时功耗密度增加。代替CMOS逻辑的主要候选之一是磁化被用作信号而不是电荷的自旋电子学。使用自旋电子学的性质,可构建被称为“多栅极器”的一种类型的器件,更具体地自旋转矩多栅极(STMG)。STMG是其输出取决于其多个输入的大多数的逻辑器件。在如2011年8月IEEE电子器件快报32(8)中所公布的Nikonov等人的题为“对自旋转矩多栅极逻辑的建议(ProposalofaSpinTorqueMajorityGateLogic)”中的文章中,公开了具有垂直磁化的自旋多栅极器件的可能布局。该布局在图1中以顶部平面视图形式且在图2中以侧视图形式示意性地示出。自旋转矩多栅极由共用自由(可切换)铁磁(FM)层202(在基板100上)以及在其上的纳米柱218、219中的每一个纳米柱中的四个独立的固定FM层2181、2182、2183组成—三个用于输入218而一个用于输出219。自由FM层202和固定FM层2181、2182、2183被非磁性间隔层204分开。箭头指示磁化方向。该器件的操作基于自旋转矩转移。该器件通过将正或负电压施加给每一个输入纳米柱218来操作,其由此确定流经每一个纳米柱218的电流的方向和所得自旋转矩。每一个输入纳米柱的相应逻辑状态对于正向输入电压的负值分别为逻辑“0”和“1”。由此,取决于输入信号且对应于逻辑“0”和“1”的输出信号,自由FM层202还可处于向上或向下磁化(由箭头2021示出,在图2中为‘向下’)的两个状态之一中。取决于自由FM层磁化方向和施加给输入柱的电压,自旋转矩用来使栅极保持在其状态中或者使其切换到相反的状态。力矩的大多数确定结果(即,输出信号)。磁化状态通过经由输出柱219测量自由202和固定层2191之间的隧道磁电阻(TMR)来检测。典型地,具有垂直各向异性(PMA)的顶钉扎(top-pinned)的MTJ优选地用于输入和输出柱,因为它们的针对更小特征尺寸的经改进的缩放性。然而,此类磁性叠层的制作不是直接的。顶钉扎的MTJ需要部分地蚀刻以实现具有PMA的独立的共用自由层202,该共用自由层在不同的输入柱218和输出柱219之间共享。这要求蚀刻工艺在非磁性间隔层204(典型地具有约1nm的厚度的MgO)上选择性地停止。可以容许在非磁性间隔层204顶部上没有磁性或导电残留层。不幸的是,蚀刻物质的渗透是几纳米的数量级,并且由此可容易地渗透在非磁性间隔层204中并且甚至通过非磁性间隔层204。对非磁性间隔层204且对共用自由层202和非磁性间隔层204之间的分界的损害将造成PMA的损耗、隧道磁电阻(TMR)的损耗,并且因此产生非功能性STMG器件。因此,需要克服这些问题并提供经改进的STMG器件。公开内容本公开的实施例的目的是提供一种经改进的多栅极器件以及一种此类器件的制造方法。根据第一专利技术性专利技术,公开了一种多栅极器件,包括:一组有区别的输入区域;输出区域;每一个区域包括夹在自由层叠层和硬层之间的非磁性层,自由层叠层包括籽层上的主体PMA层;在主体PMA层上,磁性层与非磁性层接触;以及每一个区域至少共享主体PMA层和籽层。主体PMA层和籽层由此是输入区域和输出区域的共用层。根据实施例,每一个区域还可共享磁性层。根据实施例,每一个区域还可共享非磁性层。根据实施例,每一个区域还可共享硬层的氧化部分。根据实施例,主体PMA层可包括双层的预定重复,该双层包括第一层和第二层。根据实施例,预定重复可以是两次或更多次。根据实施例,第一层和第二层可具有在0.2nm和2nm的范围内的厚度。根据实施例,第一层可包含FeB、Fe、Co、FeCo中的任一种而第二层包含Ni、Pd、Pt、Tb、TbCo、TbFe中的任一种。根据实施例,主体PMA层可包含FePt、CoPt、TbCoFe合金和MnxAy合金中的任一种,其中A从Al、Ga或GE中挑选并且0<x、y。根据实施例,自由磁性层可进一步包括夹在磁性层和本征主体PMA多层之间的分界层。根据实施例,每一个区域还可共享分界层。根据实施例,分界层可包含适于增强磁性层的纹理且提供主体PMA层和磁性层之间的铁磁耦合的材料。根据实施例,分界层可包含从Ta、Mo、W、V、Ru挑选的材料或者从CoFeBX、CoX、FeX、FeCoX中的任一种挑选的合金,其中X从Ta、Mo、W、V、Ru中的任一种挑选。根据实施例,籽层可包含Pt、Ru、Ta、NiCr、Hf、TaN、W、Mo中的任一种、以及其任何组合。根据实施例,磁性层可包含Fe、CoFe、CoFeB、FeB、CoB中的任一种、以及其任何组合。根据实施例,区域可包括图案化柱。图案化柱包括非共享层。非共享层可包括硬层;或者硬层和非磁性层;或者硬层、非磁性层和分界层、或者硬层、非磁性层、分界层和自由层;或者硬层、非磁性层、分界层、自由层和主体PMA层的顶部。根据第二专利技术性专利技术,公开了一种多栅极器件的制造方法,该方法包括:设置层的叠层,包括:设置籽层;在籽层上设置本征主体PMA多层;在本征主体PMA多层上设置铁磁层;在铁磁层上设置非磁性层;在非磁性层上设置硬层;形成一组有区别的输入区域和一个输出区域,包括图案化硬层的至少一部分。根据实施例,该方法可进一步包括:在设置铁磁层的步骤之前,在本征主体PMA多层上设置界面层。根据实施例,形成一组有区别的输入区域和输出区域可进一步包括:图案化硬层、以及在图案化硬层之后图案化非磁性层。根据实施例,形成一组有区别的输入区域和输出区域可进一步包括:在图案化非磁性层之后图案化铁磁层。根据实施例,形成一组有区别的输入区域和输出区域可进一步包括:氧化硬层的非图案化部分。根据本公开的多栅极器件的优点在于,多栅极器件可被缩小到比使用CMOS晶体管实现的多栅极器更小的尺寸。根据本公开的多栅极器件的优点在于,它可与当前CMOS制造技术和当前蚀刻技术兼容以图案化所建议的布局。根据本公开的多栅极器件的优点在于,该器件是极其可缩放的。根据本公开的多栅极器件的优点在于,该器件以大的有效各向异性(即,大的热稳定性)来工作。因此,保持时间可以是大的;可制成非易失性的逻辑器件。这意味着它不遭受备用功率耗散。根据本公开的多栅极器件的优点在于,它具有与输入组合无关的可靠的切换行为。根据本公开的多栅极器件的优点在于,它可与当前光刻处理兼容,其中维持该器件的紧凑性的关键尺寸可以是大的。优点在于,可构建非常紧凑的逻辑电路。这些逻辑器件可在金属层(线/互连的后端)中制作,并且可与前端中(即,在晶体管级)的逻辑层组合。这具有允许器件的三维堆叠的优点。根据本公开的多栅极器件的优点在于,它包括CMOS可兼容的材料。附图简述所有附图旨在解说本公开的一些方面和实施例。所描述的附图只是示意性的并且是非限制性的。图1示出在现有技术中已知的交叉杆式(crossbar)STMG器件的示意性俯视图。图2示出在现有技术中已知的交叉杆式STMG器件的示意性侧视图。图3示出根据本公开的实施例的多栅极器件的示意性侧视图。图4-5示出根据本公开的替换实施例的本文档来自技高网...
自旋转矩多栅极器件

【技术保护点】
一种多栅极器件,包括:‑一组有区别的输入区域;‑一个输出区域;‑每一个区域包括夹在自由层叠层和硬层之间的非磁性层,‑自由层叠层包括:i.籽层上的主体PMA层;ii.在所述主体PMA层上,与所述非磁性层接触的磁性层;以及每一个区域至少共享所述主体PMA层和所述籽层。

【技术特征摘要】
2015.12.21 EP 15201625.91.一种多栅极器件,包括:-一组有区别的输入区域;-一个输出区域;-每一个区域包括夹在自由层叠层和硬层之间的非磁性层,-自由层叠层包括:i.籽层上的主体PMA层;ii.在所述主体PMA层上,与所述非磁性层接触的磁性层;以及每一个区域至少共享所述主体PMA层和所述籽层。2.根据权利要求1所述的多栅极器件,其特征在于,每一个区域还共享所述磁性层。3.根据权利要求2所述的多栅极器件,其特征在于,每一个区域还共享所述非磁性层。4.根据在前权利要求中的任一项所述的多栅极器件,其特征在于,每一个区域还共享所述硬层的氧化部分。5.根据在前权利要求中的任一项所述的多栅极器件,其特征在于,所述主体PMA层包括双层的预定重复,所述双层包括第一层和第二层。6.根据在前权利要求中的任一项所述的多栅极器件,其特征在于,所述预定重复是两次或更多次。7.根据权利要求5或6中的任一项所述的多栅极器件,其特征在于,所述第一层和第二层具有在0.2nm和2nm的范围内的厚度。8.根据权利要求5至7所述的多栅极器件,其特征在于,所述第一层包含FeB、Fe、Co、FeCo中的任一种而所述第二层包含Ni、Pd、Pt、Tb、TbCo、TbFe中的任一种。9.根据在前权利要求中的任一项所述的多栅极器件,其特征在于,所述主体PMA层包含FePt、CoPt、TbCoFe合金和MnxAy合金中的任一种,其中A从Al、Ga或GE中挑选并且0<x、y。10.根据在前权利要求中的任一项所述的多栅极器件,其特征在于,所述自由磁性层进一步包括夹在所述磁性层和所述本征主体PMA多层之间的分界层。11.根据权利要求10所述的多栅极器件,其特征在于,每一个区域还共享所述分界层。12.根据权利要求10或11所述的多栅极器件,其特征在于,所述分界...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·斯韦茨M·曼弗里尼C·阿德尔曼
申请(专利权)人:IMEC非营利协会
类型:发明
国别省市:比利时,BE

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