磁阻式存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及磁阻式存储装置。所述存储装置包括：基板，其限定主平面；多个存储单元，各存储单元包括设置在所述基板的所述主平面中的SOT电流层以及位于所述SOT电流层上的磁隧道结；以及位线和源极线，所述位线和所述源极线使写电流在写路径中流动，该写路径包括选出的存储单元的所述SOT电流层。所述源极线包含磁性导电材料，所述磁性导电材料提供延伸到选出的所述存储单元的所述磁隧道结的磁偏置场，以在所述写电流流动时有助于切换所述存储单元的状态。的状态。的状态。

【技术实现步骤摘要】
磁阻式存储装置


[0001]本专利技术涉及磁阻式存储装置。

技术介绍

[0002]WO2012014131和WO2012014132公开了所谓的SOT磁阻式存储装置的存储单元的结构以及这种单元的阵列的总体架构。在那些文献中提出的配置中，在存储单元的外部提供了磁源，所述磁源用于产生磁偏置场以允许在写操作期间确定性地切换所述单元。
[0003]图1示出了这种存储单元的示例，存储单元1设置在限定主平面的基板S上。存储单元1包括磁隧道结结构2，磁隧道结结构2包括夹在铁磁自由层2b和铁磁固定层2c之间的薄介电层2a。电介质层2a在固定层2c和自由层2b之间形成隧道阻挡层。铁磁固定层2c的磁化取向是固定的，垂直于基板S的主平面。自由层2b的磁化取向能在垂直轴中相对于固定层2b的磁化取向切换成平行状态或反平行状态中的一种。自由层可包含在由Fe、Co、Ni、FeCo、CoNi、CoFeB、FeB、FePt、FePd或其他合适的铁磁材料构成的列表中选择的材料。固定层2c可包含在由Fe、Co、Ni、FeCo、CoNi、CoFeB、FeB、FePt、FePd或其他合适的铁磁材料构成的列表中选择的材料。最后，电介质层2a可包含MgO、Al2O3或其他合适的电介质材料。
[0004]固定层2c和自由层2b之间的电阻值取决于自由层磁化取向的实际状态。当自由层2c和固定层2b具有平行的磁化时，磁隧道结表现出相对较低的电阻，而在反平行磁化时，磁隧道结表现出相对较高的电阻。因此，自由层2b的可切换的相对磁化取向限定了存储单元1的两种状态，以分别表示信息中比特的“0”和“1”值。
[0005]图1的存储单元还包括SOT电流层3，SOT电流层3设置在基板S的主平面中并且磁隧道结2位于SOT电流层3上。磁隧道结2的自由层2b电耦接到SOT电流层3，例如，自由层2c可与SOT电流层的第一面直接接触。SOT电流层由诸如Ta、W、Pt、Cu、Au或其他合适的金属材料这样的导电的重金属层制成。
[0006]如以上引用的文献中描述的，存储装置还包括磁源4，磁源4提供延伸到磁隧道结2的磁偏置场。当写电流正在SOT电流层中流动时，磁偏置场(其振幅通常在100Oe至1500Oe之间)允许确定性切换自由层磁化。重要的是控制自由层中该磁偏置场的振幅和均匀性，使得预期状态“0”或“1”可以可靠地存储到结2中。
[0007]在读操作中，来自读字线RWL的信号使读晶体管RT导通，以使读电流通过磁隧道结2在位线BL和源极线SL之间流动。通过感测读电流，可以辨识磁隧道结的电阻(该电阻取决于如以上提到的固定层2c的磁化和自由层2b的磁化的相对取向)，并因此辨识存储单元中的存储状态。
[0008]在写操作中，来自写字线WWL的信号使第一写晶体管WT导通，以使写电流在包括所选择存储单元的SOT电流层的写路径中在位线BL和源极线SL之间流动。在SOT电流层中流动的电流产生自旋轨道转矩，自旋轨道转矩源自自旋霍尔效应和/或拉什巴效应，所述效应的目的在于改变自由层2b的磁化取向。可以通过在一个方向上传递电流(例如，从位线BL到源极线SL)来以一种配置写入MTJ，并通过反转电流方向(例如，从源极线SL到位线BL)，可以其
他配置写入MTJ。
[0009]为了提供功能性的磁阻式存储装置，在基板上设置多行多列的图1上表示的大量存储单元。位线和源极线沿着存储单元的相应列布置；读字线RWL和写字线沿着存储单元的相应行布置。如随机存取存储器中的常规一样，通过在位线和源极线已被预充电使得写电流在允许设置存储单元目标状态的方向上流动后，激活对应的字线来一齐写入一行存储单元。

技术实现思路

[0010]这种SOT磁阻式存储装置的大规模集成需要对以上概述的现有技术中提出的架构进行改进。概括地说，本专利技术的目的是提出这种架构，其允许形成紧凑的(对于给定的存储容量而言)、具有低功耗和耗散并易于制造的SOT磁阻式存储装置。更具体地，本专利技术旨在改善延伸到存储单元的磁结并跨装置中的存储单元的磁偏置场的振幅和/或均匀性，使得能可靠地获得结的确定性切换。
[0011]大体上，本专利技术涉及一种存储装置，所述存储装置包括：
[0012]·
基板，其限定主平面；
[0013]·
多个存储单元，各存储单元包括设置在所述基板的所述主平面中的SOT电流层以及位于所述SOT电流层上的磁隧道结；以及
[0014]·
位线和源极线，所述位线和所述源极线使写电流在写路径中流动，该写路径包括选出的存储单元的所述SOT电流层。
[0015]根据本专利技术，所述源极线包含磁性导电材料，所述磁性导电材料提供延伸到选出的所述存储单元的所述磁性隧道结的磁偏置场，以在所述写电流流动时有助于切换所述存储单元的状态。
[0016]根据本专利技术的其他非限制性特征，要么单独采取要么采用任何技术上可行的组合：
[0017]‑
所述存储单元布置在所述基板上以形成第一列，并且所述源极线沿着所述第一列的存储单元延伸；
[0018]‑
所述源极线包括由所述磁性导电材料制成的第一线以及由非磁性导电材料制成的第二线，所述第二线电连接到所述第一线；
[0019]‑
所述第一线和所述第二线设置在平行于所述主平面的相应平面中，并通过多个导电过孔电连接。
[0020]‑
所述存储装置还包括与所述第一列的存储单元平行的第二列的存储单元，所述源极线在所述第一列和所述第二列之间延伸；
[0021]‑
各存储单元的所述SOT电流层都接触所述第一线；
[0022]‑
所述第一线被配置为单个条带，并且所述第一列的存储单元和所述第二列的存储单元的所述SOT电流层分别接触所述单个条带的两个相对的侧面；
[0023]‑
所述第一线被配置为两个平行条带，各条带通过多个导电过孔连接到所述第二线，并且所述第一列的存储单元和所述第二列的存储单元的所述SOT电流层分别接触所述两个平行条带；
[0024]‑
所述存储装置还包括由磁性导电材料制成的多个增强图案，各增强图案设置在
所述位线和一存储单元的所述SOT电流层之间的写电路中，与该SOT电流层电接触；
[0025]‑
所述增强图案表现出与所述源极线的磁化平行的磁化，并且其中，对于各存储单元，所述磁隧道结位于所述SOT电流层的第一面上，所述增强图案和所述源极线电接触所述SOT电流层的与所述第一面相对的第二面；
[0026]‑
所述存储装置还包括设置在所述SOT电流层的所述第一面上的附加线和/或附加图案，所述附加险和所述附加图案二者由磁性材料制成；
[0027]‑
各增强图案表现出与所述源极线的磁化平行的磁化，并且其中，对于各存储单元，所述增强图案和所述源极线分别接触所述SOT电流层的两个侧面；
[0028]‑
对于各存储单元，在所述磁隧道结上设置有增强块，并且所述增强块表现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种存储装置，所述存储装置包括：
·
基板(S)，其限定主平面；
·
多个存储单元(1)，各存储单元包括设置在所述基板(S)的所述主平面中的SOT电流层(3)以及位于所述SOT电流层(3)上的磁隧道结(2)；以及
·
位线(BL)和源极线(SL)，所述位线和所述源极线使写电流在写路径中流动，该写路径包括选出的存储单元(1)的所述SOT电流层(3)；其中，所述源极线(SL)包含磁性导电材料，所述磁性导电材料提供延伸到选出的所述存储单元(1)的所述磁隧道结(2)的磁偏置场，以在所述写电流流动时有助于切换所述存储单元的状态。2.根据权利要求1所述的存储装置，其中，所述存储单元(1)布置在所述基板上以形成第一列，并且所述源极线(SL)沿着所述第一列的存储单元延伸。3.根据前述权利要求中任一项所述的存储装置，其中，所述源极线(SL)包括由所述磁性导电材料制成的第一线(SL1)以及由非磁性导电材料制成的第二线(SL2)，所述第二线(SL2)电连接到所述第一线(SL1)。4.根据权利要求3所述的存储装置，其中，所述第一线(SL1)和所述第二线(SL2)设置在平行于所述主平面的相应平面中，并通过多个导电过孔(SLv)电连接。5.根据权利要求3至4中任一项所述的存储装置，所述存储装置还包括与所述第一列的存储单元(1)平行的第二列的存储单元(1)，所述源极线(SL)在所述第一列和所述第二列之间延伸。6.根据权利要求5所述的存储装置，其中，各存储单元(1)的所述SOT电流层(3)都接触所述第一线(SL1)。7.根据权利要求6所述的存储装置，其中，所述第一线(SL1)被配置为单个条带，并且所述第一列的存储单元(1)的所述SOT电流层(3)和所述第二列的存储单元(1)的所述SOT电流层(3)分别接触所述单个条带的两个相对的侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：安塔奥斯，
类型：发明
国别省市：