具有软基准层的磁存储器件制造技术

一种数据存储器件（６１０），包括： 磁性存储单元（１０）的阵列（６１２），每个存储单元（１０）包括数据铁磁层（１２）和基准铁磁层（１４）； 在第一方向中延伸的多个第一导电条（６１４），每个第一导电条（６１４）接触一组数据层（１２）；以及 在第二方向中延伸的多个结构（６１６），每个结构（６１６）用一组基准层（１４）形成闭合磁通路线。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁存储器件，特别涉及具有软基准层的磁存储器件。
技术介绍
磁随机存取存储器(“MRAM”)为用于短期和长期存储数据的非易失存储器。MRAM的功耗低于如DRAM、SRAM和闪速存储器等的短期存储器。MRAM进行的读取和写入操作比常规的长期存储器件例如硬盘驱动器快得多(高几个数量级)。此外，MRAM比硬盘驱动器更致密并且功耗更低。MRAM也被用于如极快处理器和网络应用等的嵌入式应用。典型的MRAM器件包括存储单元的阵列、沿存储单元的行延伸的字线、以及沿存储单元的列延伸的位线。每个存储单元位于字线和位线的交叉点。存储单元基于隧道(tunneling)磁阻(TMR)器件，例如自旋相关隧道(SDT)结。典型的SDT结包括针扎(pinned)层、读出层以及夹在针扎层和读出层之间的绝缘隧道阻挡层。针扎层具有在感兴趣范围内施加磁场时固定而不旋转的磁化取向。读出层具有两个方向的任何一个中取向的磁化与针扎层磁化的相同方向或与针扎层磁化的相反方向。如果针扎层和读出层的磁化为相同的方向，那么SDT结的取向称做“平行”。如果针扎层和读出层的磁化为相反的方向，那么SDT结的取向称做“反向平行”。这两个稳定的取向，平行和反向平行，对应于逻辑值‘0’和‘1’。通过底层的反铁磁性(AF)针扎层确定针扎层的磁化取向。AF针扎层提供了大的交换场，该磁场将针扎层的磁化保持在一个方向。AF层下面通常为第一和第二籽晶层。第一籽晶层允许第二籽晶层以(111)晶向生长。第二籽晶层为AF针扎层建立(111)晶体结构取向。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方案，磁性存储器件包括第一和第二铁磁层。每个铁磁层具有可以在两个方向中的任何一个取向的磁化。第一铁磁层比第二铁磁层的矫顽磁性高。磁性存储器件还包括用第二铁磁层形成闭合磁通路线的结构。从下面结合附图借助阐明本专利技术的原理的例子的详细说明中，本专利技术的其它方面和优点将变得很显然。附图说明图1示出了根据本专利技术第一实施例的磁存储器件。图2示出了磁存储器件的数据和基准层的磁滞回线。图3示出了读取磁存储器件的第一种方法。图4示出了读取磁存储器件的第二种方法。图5a-5e和6a-6e进一步示出了第二种方法。图7a示出了执行第二种方法的电路。图7b和7c为图7a所示电路的时序图。图8a示出了执行第二方法的另一电路。图8b和8c为图8a所示电路的时序图。图9示出了根据本专利技术一个实施例的MRAM器件。图10-14示出了制造MRAM器件的方法。图15示出了根据本专利技术第二实施例的磁存储器件。图16-17示出了根据本专利技术第三实施例的磁存储器件。具体实施例方式参考图1，示出了磁存储器件8。磁隧道结10包括数据层12、基准层14以及数据层和基准层12和14之间的绝缘隧道阻挡层16。数据和基准层12和14都由铁磁材料制成。数据层12具有能在两个方向的任何一个中取向的磁化(由向量M1)表示，通常沿数据层12的易磁化轴(EA1)。基准层14具有能在两个方向的任何一个中取向的磁化(由向量M2)表示，通常沿它的易磁化轴(EA2)。显示的易磁化轴(EA1，EA2)沿相同方向延伸。如果数据和基准层12和14的磁化向量(M1和M2)的指向为相同的方向，那么磁性隧道结10的取向称为“平行”(参见图5b和6c)。如果数据和基准层12和14的磁化向量(M1和M2)的指向为相反的方向，那么磁性隧道结10的取向称为“反向平行”(参见图5c和6b)。这两个稳定的取向，平行和反向平行，对应于逻辑值‘0’和‘1’。绝缘隧道阻挡层16允许在数据和基准层12和14之间发生量子机械遂道。这种遂道现象为电子目旋相关，使磁性隧道结10的电阻为数据和基准层12和14的磁化向量(M1和M2)的相对取向的函数。例如，如果磁性隧道结10的磁化取向为平行，那么磁性隧道结10的电阻为第一值(R)，如果磁性隧道结10的磁化取向为反向平行，那么电阻为第二值(R+？R)。绝缘隧道阻挡层16由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氮化硅(SiN4)、氮化铝(AlNx)、或氧化镁(MgO)制成。其它的介质和某些半导体材料可以用做绝缘隧道阻挡层16。绝缘隧道阻挡层16的厚度从约0.5纳米到约三纳米。现在参考图2，分别示出了数据和基准层12和14的磁滞回路L1和L2。数据层12的矫顽磁力(Hc1)比基准层14的矫顽磁力(Hc2)高得多。数据层12的矫顽磁力(Hc1)比基准层14的矫顽磁力(Hc2)大至少2-5倍。例如，数据层12的矫顽磁力(Hc1)约25Oe，基准层14的矫顽磁力(Hc2)约5Oe。优选使基准层14的矫顽磁力(Hc2)尽可能地低(例如，通过使基准层14尽可能地薄)。由此，可以认为基准层14比数据层12“更软”，是由于它的磁化向量(M2)很容易翻转。通过使两层12和14的位形状、几何结构、成分、厚度等不同，可以将两层12和14的矫顽磁力制得不同。可以使用的铁磁层材料包括镍铁(NiFe)、镍铁钴(NiFeCo)、钴铁(CoFe)、NiFe和Co的其它磁性软合金、掺杂的非晶铁磁性合金以及PERMALLOYTM合金。例如，数据层12可以由例如NiFeCo或CoFe的材料制成，基准层14可以由例如NiFe的材料制成。再参考图1，第一电导体18与数据层12接触。第一电导体18由导电材料例如铝、铜或金属合金制成。通过包括部分覆盖有如NiFe的铁磁材料的第二电导体22的结构20设置基准层的磁化向量(M2)的方向。第二导体22由导电不导磁的材料例如铜、铝或金属合金制成，在垂直于第一导体18的方向中延伸。铁磁覆层24完全覆盖第二导体22的三个侧面。画出的覆层厚度放大了厚度为约1nm到50nm(通常为5nm)。第二导体22的未覆盖侧直接接触基准层14。部分覆层24直接接触基准层14，由此基准层14与覆层24磁性通讯。由此基准层14和覆层22形成闭合的磁通路线(虚线表示)。现在参考图5a和5b。当电流(IR)施加到第二导体22，在第二导体22周围产生磁场。如果电流流入第二导体22内(由“X”表示)，那么磁场使基准层磁化向量(M2)指向右(图5b)。如果电流在相反方向中流动由“？”表示，那么磁场使基准层磁化向量(M2)指向左(图5c)。取消电流(IR)之后，基准层磁化向量(M2)保持它的取向。保持取向是由于闭合磁通路线由基准层14和覆层24形成。假设磁性隧道结10具有1兆欧姆的标称电阻(R)，且有30％的遂道磁致电阻。如果数据层磁化向量(M1)指向左，磁场使基准层磁化向量(M2)指向右(图6b)，磁性隧道结10的磁化取向为反向平行，磁性隧道结10的阻值将为R+？R或1.3兆欧姆。如果数据层磁化向量(M1)指向左，磁场使基准层磁化向量(M2)指向左(图6c)，那么磁性隧道结10的磁化取向平行，磁性隧道结10的阻值将为R＝1.0兆欧姆。通过设置数据层磁化向量(M1)的方向，数据写入到磁性隧道结10。在写操作期间，写电流提供到第一和第二导体18和22。提供到第一导体18的电流在第一导体18周围产生磁场，提供到第二导体22的电流在第二导体周围产生磁场。当两个磁场合并时，超过了数据层12的矫顽磁力(Hc1)，因此，使数据层12的磁化向量(M1)设置在需要的取向(取向取决于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据存储器件(610)，包括磁性存储单元(10)的阵列(612)，每个存储单元(10)包括数据铁磁层(12)和基准铁磁层(14)；在第一方向中延伸的多个第一导电条(614)，每个第一导电条(614)接触一组数据层(12)；以及在第二方向中延伸的多个结构(616)，每个结构(616)用一组基准层(14)形成闭合磁通路线。2.根据权利要求1的器件，其中铁磁层(12和14)具有在写入操作期间可以在第一和第二方向中变换的磁性，在读取操作期间，仅有基准层(14)在第一和第二方向中变换的磁性。3.根据权利要求1的器件，其中第一方向大致垂直于第二方向。4.根据权利要求1的器件，还包括电路(622)，将选定的存储单元(10)的基准层(14)的磁化取向设置在第一方向中，确定选定存储单元(10)的电阻状态，将选定的存储单元(10)的基准层(14)的磁化取向设置在第二方向中，确定选定存储单元(10)的电阻状态，以及检查选定存储单元(10)的电阻状态的变化。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：M·沙马，T·C·安东尼，L·特兰，
申请(专利权)人：惠普公司，
类型：发明
国别省市：