自旋轨道转矩磁性装置及其制造方法制造方法及图纸

自旋轨道转矩(Spin‑Orbit‑Torque，SOT)磁性装置，包含底金属层、第一磁性层、间隙壁层及第二磁性层。第一磁性层作为自由磁性层，第一磁性层设置于该底金属层上。间隙壁层设置于第一磁性层上。第二磁性层设置于间隙壁层上。第一磁性层包含下磁性层、中层和上磁性层，且中层是由非磁性层所制成。

Spin orbit torque magnetic device and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
自旋轨道转矩磁性装置及其制造方法
本揭露是关于一种磁性装置及其制造方法，且特别是一种自旋轨道转矩磁性装置及其制造方法。
技术介绍
磁性随机存取记忆体(MagneticRandomAccessMemory，MRAM)提供相当于挥发性静态随机存取记忆体(StaticRandomAccessMemory，SRAM)的性能，以及相当于挥发性动态随机存取记忆体(DynamicRandomAccessMemory，DRAM)的具较低功率消耗的密度。相较于非挥发性记忆体(Non-VolatileMemory，NVM)快闪记忆体，MRAM提供更快的存取时间，并承受最少的随着时间增加所导致的劣化，而快闪记忆体仅可被覆写有限的次数。一种型式的MRAM为自旋转移矩随机存取记忆体(SpinTransferTorqueRandomAccessMemory，STT-RAM)。STT-RAM至少部分地通过电流驱动通过磁性穿隧接面(MagneticTunnelingJunction，MTJ)来使用MTJ写入。另一种型式的MRAM为自旋轨道转矩(SpinOrbitTorque，SOT)随机存取记忆体(SOT-RAM)。
技术实现思路
因此，本揭露的一实施例的一态样是提供一种自旋轨道转矩(Spin-Orbit-Torque，SOT)磁性装置，包含底金属层、第一磁性层、间隙壁层及第二磁性层。第一磁性层作为自由磁性层，其中第一磁性层是设置于底金属层上。间隙壁层设置于第一磁性层上。以及第二磁性层设置于间隙壁层上，其中第一磁性层包含下磁性层、中层和上磁性层，且中层是由非磁性层所制成。本揭露的一实施例的另一态样是提供一种自旋轨道转矩磁性装置，包含底金属层、第一磁性层、间隙壁层及第二磁性层。第一磁性层作为自由磁性层，其中第一磁性层是设置于底金属层下。间隙壁层设置于第一磁性层下，以及第二磁性层设置于间隙壁层下，其中第一磁性层包含下磁性层、中层和上磁性层，且中层是由非磁性层所制成。本揭露的一实施例的又一态样是提供一种自旋轨道转矩磁性装置的制造方法，包含：形成底介层窗接触在第一层间介电层中。形成包含底金属层、第一磁性层、一间隙壁层和第二磁性层的堆叠层。图案化堆叠层，以形成线形图案；以及图案化第一磁性层、间隙壁层及第二磁性层，以形成自旋轨道转矩膜堆叠，其中第一磁性层包含下磁性层、中层和上磁性层，且中层是由非磁性层所制成。在一或多的前述或下述实施例中，下磁性层包含铁、钴和硼的合金。附图说明当结合随附附图阅读时，自以下详细描述将最佳地理解本揭露的一实施例的态样。应注意，根据工业中的标准实务，附图中的各特征并非按比例绘制。实际上，可出于论述清晰的目的任意增减所说明的特征的尺寸。图1是绘示根据本揭露的一实施例的自旋轨道转矩磁性随机存取记忆体(SOTMRAM)单元的示意图；图2是绘示根据本揭露的一实施例的SOTMRAM单元的示意图；图3是绘示根据本揭露的一实施例的SOTMRAM单元的示意图；图4是绘示根据本揭露的一实施例的SOTMRAM单元的示意图；图5是绘示根据本揭露的一实施例的SOTMRAM的电路图；图6A与图6B是绘示根据本揭露一实施例的SOTMRAM的连续制造操作的各阶段的一者；图7A与图7B是绘示根据本揭露一实施例的SOTMRAM的连续制造操作的各阶段的一者；图8A与图8B是绘示根据本揭露一实施例的SOTMRAM的连续制造操作的各阶段的一者；图9A与图9B是绘示根据本揭露一实施例的SOTMRAM的连续制造操作的各阶段的一者；图10是绘示根据本揭露一实施例的SOTMRAM的连续制造操作的各阶段的一者；图11是绘示根据本揭露一实施例的SOTMRAM的连续制造操作的各阶段的一者；图12是绘示根据本揭露一实施例的SOTMRAM的连续制造操作的各阶段的一者；图13A与图13B是绘示根据本揭露另一实施例的SOTMRAM的连续制造操作的各阶段的一者；图14A与图14B是绘示根据本揭露另一实施例的SOTMRAM的连续制造操作的各阶段的一者；图15A与图15B是绘示根据本揭露另一实施例的SOTMRAM的连续制造操作的各阶段的一者。【符号说明】5：支持层10/210：底金属层20：第一磁性层22：下自由磁性层24：上自由磁性层22/222：下磁性层24/224：上磁性层25/225：中层26/28：界面层30/230：非磁性间隙壁层40/240：第二磁性层50/250：顶导电层60：中间金属层70：反铁磁性层80：第三磁性层110：电流源200：第一层间介电层205：底介层窗接触300：绝缘覆盖层310：第二层间介电层315：开口320：上中介窗接触310’：层间介电层Je：电流WBL：写入位元线RBL：读取位元线具体实施方式以下揭露提供许多不同实施例或例示，以实施专利技术的不同特征。以下叙述的成份和排列方式的特定例示是为了简化本揭露的一实施例。这些当然仅是做为例示，其目的不在构成限制。举例而言，元件的尺寸并不限于所揭露的范围或数值，而可视制程条件及/或装置所欲达成的目的。此外，第一特征形成在第二特征之上或上方的描述包含第一特征和第二特征有直接附接的实施例，也包含有其他特征形成在第一特征和第二特征之间，以致第一特征和第二特征无直接附接的实施例。为简化及清楚，各种特征可以不同的尺寸任意绘示。在随附的附图中，一些层/特征可为简化而被省略。此外，空间相对性用语，例如“下方(beneath)”、“在…之下(below)”、“低于(lower)”、“在…之上(above)”、“高于(upper)”等，是为了易于描述附图中所绘示的元件或特征和其他元件或特征的关系。空间相对性用语除了附图中所描绘的方向外，还包含元件在使用或操作时的不同方向。装置可以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，而本文所用的空间相对性描述也可以如此解读。此外，术语“由……制成”可意谓“包含”或者“由……组成”任一者。在本揭露的一实施例中，除有特别说明，用语“A、B及C的一者”可意指“A、B及/或C”(A、B、C、A及B、A及C、B及C，或A、B及C)，且并非意指A的其中一元件、B的其中一元件及C的其中一元件。自旋转移矩磁性随机存取记忆体(SpinTransferTorqueMagneticRandomAccessMemory，STTMRAM)具有特征，例如：非挥发性性质〔相较于硅互补式金属氧化半导体(Si-complementarymetal-oxide-semiconductor，Si-CMOS)技术〕、快的读取及写入速率、数据的高耐久性与保存性、相对小的记忆单元(bit-cell)尺寸和环境稳健性(environmentalrobus本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自旋轨道转矩磁性装置，其特征在于，该自旋轨道转矩磁性装置包含：/n一底金属层；/n一第一磁性层，作为一自由磁性层，其中该第一磁性层是设置于该底金属层上；/n一间隙壁层，设置于该第一磁性层上；以及/n一第二磁性层，设置于该间隙壁层上；/n其中该第一磁性层包含一下磁性层、一中层和一上磁性层，且该中层是由一非磁性层所制成。/n

【技术特征摘要】
20181031 US 62/753,892;20190530 US 16/426,5891.一种自旋轨道转矩磁性装置，其特征在于，该自旋轨道转矩磁性装置包含：
一底金属层；
一第一磁性层，作为一自由磁性层，其中该第一磁性层是设置于该底金属层上；
一间隙壁层，设置于该第一磁性层上；以及
一第二磁性层，设置于该间隙壁层上；
其中该第一磁性层包含一下磁性层、一中层和一上磁性层，且该中层是由一非磁性层所制成。


2.根据权利要求1所述的自旋轨道转矩磁性装置，其特征在于，其中该下磁性层包含铁、钴和硼的一合金。


3.根据权利要求2所述的自旋轨道转矩磁性装置，其特征在于，其中该上磁性层包含铁、钴和硼的一合金及镍和铁的一合金的至少一者。


4.根据权利要求1所述的自旋轨道转矩磁性装置，其特征在于，其中该中层包含钨、钼、铂、钌及前述的一合金的一或多层。


5.根据权利要求1所述的自旋轨道转矩磁性装置，其特征在于，该自旋轨道转矩磁性装置还包含一中间金属层，其中该中间金属层是设置于该间隙壁层与该第二磁性层之间。


6.根据权利要求1所述的自旋轨道转矩磁性装置，其特征在于，该自旋轨道转矩磁性装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：林世杰，宋明远，
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