使用引起MTJ（202）上的定向静态应变/应力以增加垂直磁各向异性的工艺和结构配置来构造部分垂直磁各向异性（PPMA）类型的磁性随机存取存储器单元。因此，得到MTJ的减小的切换电流。在制造期间沿受控方向（236，234）和/或用受控幅值来引起MTJ上的定向静态应变/应力。MTJ持久地遭受预定的定向应力（228）并且持久地包括提供减小的切换电流的定向静态应变/应力。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】使用引起MTJ（202）上的定向静态应变/应力以增加垂直磁各向异性的工艺和结构配置来构造部分垂直磁各向异性（PPMA）类型的磁性随机存取存储器单元。因此，得到MTJ的减小的切换电流。在制造期间沿受控方向（236，234）和/或用受控幅值来引起MTJ上的定向静态应变/应力。MTJ持久地遭受预定的定向应力（228）并且持久地包括提供减小的切换电流的定向静态应变/应力。【专利说明】自旋转移矩切换设备中由应变引起的切换电流的减小相关申请的交叉引用本申请要求2011年9月12日由ZHU等人提交的美国临时专利申请N0.61/533,413的权益。
本公开一般涉及自旋转移矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM)。更具体地，本公开涉及定向内部应变和应力以减小STT-MRAM切换电流。
技术介绍
与常规的随机存取存储器(RAM)芯片技术不同，在磁性RAM (MRAM)中，数据不是作为电荷来存储的，而是取而代之通过存储元件的磁极化来存储。这些存储元件是从由隧道阻挡层分开的两个铁磁层形成的。这两个层中的一个层(被称为固定层)具有设置成特定极性的至少一个参考磁极化。另一磁性层(被称为自由层)的磁极性被改变以表示“I”(例如，与固定参考层反向平行)或者“O”(例如，与固定参考层平行)。具有固定层、隧道阻挡层和自由层的一种此类器件是磁性隧道结(MTJ)。MTJ的电阻取决于自由层与固定层的磁极性相比较而言的磁极性。存储器设备(诸如MRAM)是从可个体寻址的MTJ的阵列构造的。为了将数据写入常规MRAM，通过MTJ施加写电流。写电流具有超过被称为临界切换电流电平的电平的幅值，该电平足以改变自由层中的自旋或磁化的取向。当写电流朝第一方向流动时，MTJ可被置于或者保持在第一状态，其中MTJ的磁化位于平行的取向上。当写电流朝与第一方向相反的第二方向流动时，MTJ可被置于或者保持在第二状态，其中MTJ的磁化位于反向平行的取向上。为了读取常规MRAM中的数据，读电流可经由用于将数据写入MTJ的相同电流路径流过MTJ。如果MTJ的磁化位于平行的取向上，则MTJ呈现一电阻，该电阻不同于在MTJ元件的磁化位于反向平行的取向上的情况下MTJ将呈现的电阻。因此，在常规MRAM中，存在由两个不同的电阻定义的两种相异的状态，并且可基于该状态来读取逻辑“O”或逻辑“I”值。磁性随机存取存储器的位单元可被安排在包括一种模式的存储器元件(例如，MRAM情形中的MTJ)的一个或多个阵列中。STT-MRAM (自旋转移矩磁性随机存取存储器)是新兴的非易失性存储器，其具有以下优点:非易失性、与eDRAM (嵌入式动态随机存取存储器)相当的速度、与eSRAM (嵌入式静态随机存取存储器)相比较小的芯片大小、不受限制的读/写耐久性、以及低阵列漏泄电流。在一种类别的MRAM存储器单元中，磁性隧道结(MTJ)的自由层和参考层的极化方向平行于相应层的平面。此类存储器单元被称为具有面内磁各向异性或者纵向磁各向异性(LMA)0在另一种类别的MRAM存储器单元中，MTJ的自由层和参考层的极化方向垂直于相应层的平面。此类存储器单元被称为具有垂直磁各向异性(PMA)。临界切换电流(其是可使MRAM存储器单元从一种逻辑状态改变至另一种逻辑状态的电流量)也被称为存储器单元的切换电流。PMA类型存储器单元比LMA类型存储器单元使用更少的切换电流。期望改进MRAM存储器单元的垂直磁各向异性以产生功耗降低的MRAM设备。概述本公开的诸方面通过向MTJ施加机械应力/应变来增加MTJ中的各个层的垂直磁各向异性。根据本公开的诸方面，可以使用引起MTJ上的定向静态应力/应变以增加垂直磁各向异性并且因此减小MTJ的切换电流的工艺和结构配置来制造MTJ。根据本公开的诸方面，可以在MTJ的制造期间沿受控方向和/或用受控幅值来引起MTJ上的定向静态应变/应力。根据本公开的诸方面制造的MTJ持久地遭受预定的定向应力并且持久地包括提供减小的切换电流的定向静态应变/应力。根据本公开的一方面的磁性隧道结(MTJ)器件包括配置有固定层、自由层、以及固定层与自由层之间的阻挡层的MTJ。该器件还包括紧靠MTJ的应力-应变膜。应力-应变膜被图案化以引起MTJ中的定向静态应变和/或应力。本公开的一方面包括一种制造具有减小的切换电流的MTJ器件的方法。该方法包括沉积MTJ膜，图案化该MTJ膜以形成MTJ，以及紧靠MTJ沉积应力-应变膜。应力-应变膜被图案化以引起MTJ中的定向应力和/或应变。根据本公开的一方面，磁存储器设备具有用于固定第一层中的磁化的装置，以及用于提供第二层中的隧道磁阻(TMR)的装置。该设备还具有用于改变第三层中的磁化方向的装置。该设备还具有用于将应力/应变定向至第三层的装置。用于定向应力/应变的装置被配置成减小该设备的切换电流。这已较宽泛地勾勒出本公开的特征和技术优势以力图使下面的详细描述可以被更好地理解。本公开的其他特征和优点将在下文描述。本领域技术人员应该领会，本公开可容易地被用作改动或设计用于实施与本公开相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到，这样的等效构造并不脱离所附权利要求中所阐述的本公开的教导。被认为是本公开的特性的新颖特征在其组织和操作方法两方面连同进一步的目的和优点在结合附图来考虑以下描述时将被更好地理解。然而要清楚理解的是，提供每一幅附图均仅用于解说和描述目的，且无意作为对本公开的限定的定义。附图简述为了更全面地理解本公开，现在结合附图参阅以下描述。图1是根据本公开的诸方面的具有定向应力/应变的磁性隧道结(MTJ)的俯视立体图。图2A-2D是根据本公开的诸方面制造的磁性隧道结的横截面图。图3A-3D是根据本公开的诸方面制造的磁性隧道结的横截面图。图4A-4D是根据本公开的诸方面制造的磁性隧道结的横截面图。图5A-5D是根据本公开的诸方面制造的磁性隧道结的横截面图。图6A-6D是根据本公开的诸方面制造的磁性隧道结的横截面图。图7A和7B是根据本公开的诸方面制造的磁性隧道结的俯视图。图8是根据本公开的诸方面解说制造具有减小的切换电流的MTJ器件的方法的过程流程图。图9是示出其中可有利地采用本公开的诸方面的示例性无线通信系统的框图。图10是解说根据本公开一方面的用于半导体组件的电路、布局以及逻辑设计的设计工作站的框图。详细描述本公开的诸方面通过向MTJ施加机械应变/应力来增加MTJ中的各个层的垂直磁各向异性。根据本公开的诸方面，可以使用在MTJ上引起定向静态应变以增加垂直磁各向异性并且因此减小MTJ的切换电流的工艺和结构配置来制造MTJ。根据本公开的诸方面，可以在制造期间沿受控方向和/或用受控幅值来引起MTJ上的定向静态应变/应力。根据本公开的诸方面制造的MTJ持久地遭受预定的定向应力并且持久地包括提供减小的切换电流的定向静态应变/应力。各向异性可通过在MTJ上施加机械应力和应变来引起。可由应力和应变引起的各向异性的幅值还取决于材料在应力下的磁致伸缩，如通过磁致弹性能量的等式所描述的:E = ^lasin2 Θ其中λ表示材料的磁致伸缩，σ表示施加于材料的应变/应力，并且Θ表示应变/应力与磁化之间的角度。应理解，术语应变包括应力。由应力引起的磁各向异性本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁性隧道结（MTJ）器件，包括：MTJ，其包括固定层、自由层、和所述固定层与所述自由层之间的阻挡层；以及毗邻所述MTJ的应力‑应变膜，所述应力‑应变膜被图案化以在所述MTJ中引起定向静态应变和/或应力。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：X·朱，X·李，WC·陈，S·H·康，
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
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