磁存储器器件和集成系统芯片技术方案

本发明专利技术涉及磁存储器器件。该磁存储器器件包括：底部电极；选择器层，设置在底部电极上方；以及MTJ堆叠件，设置在选择器层上方，并且包括参考层和自由层，自由层设置在参考层上方并且通过隧道阻挡层与参考层分隔开。磁存储器器件还包括设置在MTJ堆叠件上方的调制层以及设置在开关阈值调制层上方的顶部电极。选择器层配置为基于所施加的偏压来导通和关闭电流。本发明专利技术的实施例还涉及集成系统芯片。

Magnetic memory device and integrated system chip

【技术实现步骤摘要】
磁存储器器件和集成系统芯片
本专利技术的实施例涉及磁存储器器件和集成系统芯片。
技术介绍
许多现代电子器件包含电子存储器。电子存储器包括硬盘驱动器和随机存取存储器(RAM)。随机存取存储器可以是易失性存储器或者是非易失性存储器，易失性存储器中存储的数据在断电的情况下丢失，非易失性存储器在断电的情况下存储数据。动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)是两种典型的易失性存储器。闪存被广泛用作非易失性存储器。包括磁隧道结(MTJ)的电阻或磁存储器器件可以用于硬盘驱动器和/或RAM，并且由于相对简单的结构及其与互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑制造工艺的兼容性而成为下一代存储器解决方案的有前景的候选。目前，这些不同类型的存储器是在不同芯片中制备的，并且通过诸如系统级封装(SiP)或多芯片模块技术的高级封装方法在单个模块中实现。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种磁存储器器件，包括：底部电极；选择器层，设置在所述底部电极上方；磁隧道结堆叠件，设置在所述选择器层上方，并且包括参考层和自由层，所述自由层设置在所述参考层上方并且通过隧道阻挡层与所述参考层分隔开；调制层，设置在所述磁隧道结堆叠件上方；以及顶部电极，设置在所述调制层上方；其中，所述选择器层配置为基于施加的偏压来导通和关闭电流。本专利技术的另一实施例提供了一种集成系统芯片，包括：衬底；下部金属层，设置在所述衬底上方，并且包括第一区域内的第一下部金属线和第二区域内的第二下部金属线；上部金属层，位于所述下部金属层上面，并且包括所述第一区域内的第一上部金属线和所述第二区域内的第二上部金属线；第一磁存储器器件，设置在所述第一下部金属线和所述第一上部金属线之间；以及第二磁存储器器件，设置在所述第二下部金属线和所述第二上部金属线之间；其中，所述第一磁存储器器件和所述第二磁存储器器件具有不同的横向尺寸。本专利技术的又一实施例提供了一种集成系统芯片，包括：衬底；互连结构，设置在所述衬底上方，并且包括多个金属层，每个所述金属层包括多个层级的水平金属线，其中，所述互连结构包括设置在所述衬底上方的下部金属层、设置在所述下部金属层上方的中间金属层以及位于所述中间金属层上面的上部金属层；第一磁存储器器件，设置在所述下部金属层和所述中间金属层之间；以及第二磁存储器器件，设置在所述中间金属层和所述上部金属层之间；其中，所述第一磁存储器器件和所述第二磁存储器器件具有不同的垂直厚度。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。图1示出了根据一些实施例的包括磁隧道结(MTJ)堆叠件的磁存储器器件的截面图，该磁隧道结(MTJ)堆叠件包括调制层。图2A和图2B示出了根据一些实施例的图1的磁存储器器件的示意图，示出了调制层的磁效应。图3A示出了根据一些可选实施例的包括MTJ堆叠件的集成电路的截面图，MTJ堆叠件包括调制层。图3B示出了根据一些可选实施例的包括MTJ堆叠件的集成电路的截面图，该MTJ堆叠件包括调制层。图4示出了根据一些实施例的包括具有不同组分或尺寸的多个磁存储器器件的集成电路的截面图。图5示出了集成电路的截面图，该集成电路包括插入在互连结构的不同金属层之间的多个磁存储器器件。图6示出了根据一些实施例的包括集成系统芯片的集成电路封装件的示意图，该集成系统芯片包括磁存储器器件。图7示出了根据一些可选实施例的包括集成系统芯片的集成电路封装件的示意图，该集成系统芯片包括磁存储器器件。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现本专利技术的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本专利技术。当然这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。在电子器件中，需要不同的存储器技术用于存储器层级的不同级别的数据存储。每种技术都针对某些性能矩阵进行了优化。例如，在计算机存储器中，SRAM可以用于核心高速缓存和共享高速缓存，并且可以被优化以获得快速；DRAM可以用于封装存储器，并且可以被优化以获得高密度；并且闪存可以用于在线存储，并且可以被优化以获得可靠的保持。这些不同的存储器通过不同的技术实现并且在分离的芯片上制造。存储器芯片也与逻辑电路芯片分离，因为存储器和逻辑电路组件的工艺通常是不兼容的。存储器芯片和逻辑电路芯片通过系统级封装(SiP)、3-D封装或多芯片模块(MCM)技术在单个模块(或封装件)中实现。在模块或封装件中，具有各种功能的多个芯片(尤其是存储存储器)将占用大面积并且消耗功率。由于互连和封装，会产生成本和性能损失。鉴于上述缺点，本专利技术提供了一种集成系统芯片，它利用兼容的可调节磁性模块来满足各种存储和电路需求。根据一些实施例，多个磁性模块插入集成系统芯片的后段制程(BEOL)中。多个磁性模块可以具有不同的尺寸和/或不同的组分，以针对不同的矩阵进行优化或实现不同的功能。例如，一些磁性模块可以包括设置在MTJ堆叠件的一侧上的调制层。调制层的调节方式不同，以优化MTJ堆叠件的开关速度或保持能力。一些磁性模块还可以包括设置在MTJ堆叠件的相同侧或另一侧上的选择器层。选择器层可以控制MTJ堆叠件的开/关开关。通过将选择器层调节为具有期望的开关阈值，选择器层还可以使磁性模块用作头部/页脚开关。因此，通过在集成系统芯片的BEOL的互连结构中插入和调节磁性模块，可以在BEOL中将各种存储器器件和电路器件集成在一起。由此，可以显著降低功耗。图1示出了包括调节磁性模块130的磁存储器器件100的截面图。根据一些实施例，调节磁性模块130包括位于磁隧道结(MTJ)堆叠件134的一侧上的调制层160。MTJ堆叠件134可以设置在底部电极132和顶部电极136之间。例如，在一些实施例中，底部电极132和顶部电极136可以包括钽(Ta)、氮化钽(TaN)或钌(Ru)。在一些实施例中，MTJ堆叠件134包括设置在底部电极132上方的参考层170和设置在参考层170上方并且通过隧道阻挡层168与参考层170分隔开的自由层166。参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁存储器器件，包括：/n底部电极；/n选择器层，设置在所述底部电极上方；/n磁隧道结堆叠件，设置在所述选择器层上方，并且包括参考层和自由层，所述自由层设置在所述参考层上方并且通过隧道阻挡层与所述参考层分隔开；/n调制层，设置在所述磁隧道结堆叠件上方；以及/n顶部电极，设置在所述调制层上方；/n其中，所述选择器层配置为基于施加的偏压来导通和关闭电流。/n

【技术特征摘要】
20180928 US 62/738,095;20190520 US 16/416,5291.一种磁存储器器件，包括：
底部电极；
选择器层，设置在所述底部电极上方；
磁隧道结堆叠件，设置在所述选择器层上方，并且包括参考层和自由层，所述自由层设置在所述参考层上方并且通过隧道阻挡层与所述参考层分隔开；
调制层，设置在所述磁隧道结堆叠件上方；以及
顶部电极，设置在所述调制层上方；
其中，所述选择器层配置为基于施加的偏压来导通和关闭电流。


2.根据权利要求1所述的磁存储器器件，其中，所述调制层配置为通过磁或电相互作用来调制所述磁隧道结堆叠件的开关阈值。


3.根据权利要求1所述的磁存储器器件，其中，所述调制层配置为通过磁耦合到所述自由层来增强所述自由层的稳定性。


4.根据权利要求1所述的磁存储器器件，其中，所述调制层包括彼此堆叠的钴层和铂层的堆叠件或者彼此堆叠的钴层和镍层的堆叠件。


5.根据权利要求1所述的磁存储器器件，其中，所述调制层包括Co80Ir20或NiFe2O4。


6.根据权利要求1所述的磁存储器器件，其中，所述调制层直接接触所述自由层并且磁耦合到所述自由层。


7.一种集成系统芯片，包括：
衬底；
下部金属层，设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜慧如，林仲德，曹敏，蔡瀚霆，许秉诚，何彦忠，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71