磁阻随机存取存储器装置制造方法及图纸

一种磁阻随机存取存储器(MRAM)装置包括：自旋轨道矩结构，包括氧化物层图案、铁磁图案和非磁性图案的堆叠件；以及位于自旋轨道矩结构上的磁隧道结(MTJ)结构，MTJ结构包括自由层图案、隧道势垒图案和钉扎层图案的堆叠件，其中，自旋轨道矩结构沿平行于自旋轨道矩结构的上表面的第一方向延伸，铁磁图案包括水平磁性材料，并且自由层图案具有在垂直于自旋轨道矩结构的上表面的垂直方向上的磁化方向，磁化方向可响应于在自旋轨道矩结构中产生的自旋电流而变化。流而变化。流而变化。

【技术实现步骤摘要】
磁阻随机存取存储器装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年9月16日在韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请No.10
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2021
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0123786的优先权，其内容通过引用整体并入本文。


[0003]实施例涉及磁阻随机存取存储器(MRAM)装置。

技术介绍

[0004]最近，为了降低功耗，已经考虑使用自旋轨道矩写入数据的自旋轨道矩磁阻存储器(SOT
‑
MRAM)装置。

技术实现思路

[0005]实施例可以通过提供一种磁阻随机存取存储器装置来实现，所述磁阻随机存取存储器装置包括：自旋轨道矩结构，所述自旋轨道矩结构包括氧化物层图案、铁磁图案和非磁性图案的堆叠件；和磁隧道结(MTJ)结构，所述MTJ结构位于所述自旋轨道矩结构上，并且包括自由层图案、隧道势垒图案和钉扎层图案的堆叠件，其中，所述自旋轨道矩结构在平行于所述自旋轨道矩结构的上表面的第一方向上延伸，所述铁磁图案包括水平磁性材料，并且所述自由层图案具有在垂直于所述自旋轨道矩结构的上表面的垂直方向上的磁化方向，所述磁化方向可响应于在所述自旋轨道矩结构中产生的自旋电流而改变。
[0006]实施例可以通过提供一种磁阻随机存取存储器装置来实现，所述磁阻随机存取存储器装置包括：自旋轨道矩结构，所述自旋轨道矩结构在第一方向上延伸，并且具有金属氧化物层图案、包括水平磁性材料的铁磁图案和包括非磁性金属材料的非磁性图案依次堆叠的结构；自由层图案，所述自由层图案直接接触所述自旋轨道矩结构，并且具有垂直于所述自旋轨道矩结构的上表面的磁化方向，并且所述磁化方向可响应于在所述自旋轨道矩结构中产生的自旋电流而改变；隧道势垒图案，所述隧道势垒图案位于所述自由层图案上；以及钉扎层图案，所述钉扎层图案位于所述隧道势垒图案上，并且具有固定的垂直磁化方向。
[0007]实施例可以通过提供一种磁阻随机存取存储器装置来实现，所述磁阻随机存取存储器装置包括：金属氧化物层图案；铁磁图案，所述铁磁图案直接接触所述金属氧化物层图案的上表面，并且包括水平磁性材料；非磁性图案，所述非磁性图案直接接触所述铁磁图案的上表面，并且包括非磁性金属材料；自由层图案，所述自由层图案直接接触所述非磁性图案的上表面的一部分并且具有垂直于所述非磁性图案的上表面的磁化方向，并且所述磁化方向可响应于在包括所述金属氧化物层图案、所述铁磁图案和所述非磁性图案的堆叠结构中产生的自旋电流而改变；隧道势垒图案，所述隧道势垒图案位于所述自由层图案上；以及钉扎层图案，所述钉扎层图案位于所述隧道势垒图案上，并且具有固定的在垂直方向上的磁化方向；其中，当面内电流施加到包括所述金属氧化物层图案、所述铁磁图案和所述非磁性图案的堆叠结构时，产生所述自旋电流，并且所述自旋电流包括由自旋霍尔效应产生的
自旋电流、在所述氧化物层图案和所述铁磁图案之间的第一界面处产生的第一界面自旋电流以及在所述铁磁图案和所述非磁性图案之间的第二界面处产生的第二界面自旋电流。
附图说明
[0008]通过参照附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员来说将是显而易见的，其中：
[0009]图1和图2分别是根据示例实施例的SOT
‑
MRAM单元结构的截面图和透视图；
[0010]图3和图4分别是根据示例实施例的SOT
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MRAM装置的透视图和截面图；
[0011]图5至图10是根据示例实施例的制造SOT
‑
MRAM装置的方法中的阶段的透视图和截面图；
[0012]图11是示例1和比较示例1中的每一者中的垂直自旋分量(Z
‑
自旋)的非平衡自旋浓度(δs
z
)的图。
具体实施例
[0013]图1和图2分别是根据示例实施例的SOT
‑
MRAM单元结构的截面图和透视图。
[0014]参照图1和图2，存储单元结构130可以包括氧化物层图案110、铁磁图案112、非磁性图案114和磁隧道结(MTJ)结构126。
[0015]存储单元结构130可以在下部结构上。在一种实施方式中，下部结构可以包括衬底。在一种实施方式中，下部结构可以包括衬底和位于衬底上的下部电元件。
[0016]包括氧化物层图案110、铁磁图案112和非磁性图案114的堆叠结构可以是用于产生自旋轨道矩(SOT)的自旋轨道矩结构116。可以在自旋轨道矩结构116中产生自旋轨道矩，并且产生的自旋轨道矩可以被施加到MTJ结构126的自由层图案120，从而可以改变自由层图案120的磁化方向。氧化物层图案110、铁磁图案112和非磁性图案114的上表面和下表面可以是基本平坦的。
[0017]自旋轨道矩结构116可以具有在第一方向X上延伸的线形。第一方向X可以是平行于自旋轨道矩结构116的上表面的方向。
[0018]氧化物层图案110可以包括金属氧化物。在一种实施方式中，氧化物层图案可以包括例如氧化钴(CoO
x
)、氧化铁(FeO
x
)、氧化镍(NiO
x
)、氧化镁(MgO
x
)、氧化铝(AlO
x
)、氧化钽(TaO
x
)或氧化锆(ZrO
x
)。如本文使用的，术语“或”不是排他性术语，例如，“A或B”将包括A、B或A和B。氧化物层图案110可以包括一个金属氧化物层或堆叠的两个或更多个金属氧化物层。
[0019]铁磁图案112可以直接接触氧化物层图案110的上表面。在一种实施方式中，第一界面可以在氧化物层图案110和铁磁图案112之间。
[0020]铁磁图案112可以包括水平磁性材料。在一种实施方式中，铁磁图案112可以包括具有面内磁化方向的水平磁化铁磁材料。铁磁图案112的磁化方向10可以是第一方向X。
[0021]铁磁图案112可以被配置为通过自旋霍尔效应产生垂直自旋电流(Z
‑
自旋电流)。当面内电流12沿第一方向X施加到自旋轨道矩结构116时，可以在铁磁图案112中引起垂直自旋电流。
[0022]氧化物层图案110可以被配置为在垂直方向Z上引起界面自旋电流以用于无场磁
化切换。在一种实施方式中，当面内电流12沿第一方向X施加到自旋轨道矩结构116时，可以在氧化物层图案110和铁磁图案112之间的第一界面处引起在垂直方向上的第一界面自旋电流。第一界面自旋电流可以具有垂直方向(Z)分量的自旋极化。在一种实施方式中，垂直方向(Z)的自旋分量可以转移到自由层图案120，从而可以引起自由层图案120的磁化切换。
[0023]氧化物层图案110和铁磁图案112之间的界面效应可以用于引起界面自旋电流，并且氧化物层图案110的厚度可以是合适的厚度。
[0024]铁磁图案112可以包括铁磁材料，例如铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铬(Cr)、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁阻随机存取存储器装置，包括：自旋轨道矩结构，所述自旋轨道矩结构包括氧化物层图案、铁磁图案和非磁性图案的堆叠件；和磁隧道结结构，所述磁隧道结结构位于所述自旋轨道矩结构上，并且包括自由层图案、隧道势垒图案和钉扎层图案的堆叠件，其中：所述自旋轨道矩结构在平行于所述自旋轨道矩结构的上表面的第一方向上延伸，所述铁磁图案包括水平磁性材料，并且所述自由层图案具有在与所述自旋轨道矩结构的所述上表面垂直的垂直方向上的磁化方向，所述磁化方向能够响应于在所述自旋轨道矩结构中产生的自旋电流而改变。2.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，其中，所述氧化物层图案包括氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧化镁、氧化铝、氧化钽或氧化锆。3.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，其中，所述铁磁图案包括铁、钴、镍、铬、铂、硼、硅、锆或其复合材料。4.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，其中，所述非磁性图案包括钛、铜、铂、钨、钽或其复合材料。5.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，其中：所述铁磁图案直接接触所述氧化物层图案的上表面，并且所述非磁性图案直接接触所述铁磁图案的上表面。6.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，其中，所述非磁性图案直接接触所述磁隧道结结构的所述自由层图案。7.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，其中：所述钉扎层图案具有垂直磁化方向，并且所述钉扎层图案的磁化方向在一个方向上固定。8.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，所述磁阻随机存取存储器装置还包括第一导电图案，所述第一导电图案在所述磁隧道结结构上电连接到所述钉扎层图案，其中，所述第一导电图案具有在第二方向上延伸的线形，所述第二方向平行于所述第一导电图案的上表面并且垂直于所述第一方向。9.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，其中，所述自由层图案包括铁、钴、镍、铬、铂、硼、硅、锆或其复合材料。10.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，其中：当面内电流沿所述第一方向施加到所述自旋轨道矩结构时，产生所述自旋电流，并且所述自旋电流包括由自旋霍尔效应产生的自旋电流、在所述氧化物层图案和所述铁磁图案之间的第一界面处产生的第一界面自旋电流以及在所述铁磁图案和所述非磁性图案之间的第二界面处产生的第二界面自旋电流。11.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，其中，所述铁磁图案的厚度为1nm至5nm。12.根据权利要求1所述的磁阻随机存取存储器装置，其中，所述非磁性图案的厚度为1nm至5nm。
13.一种磁阻随机存取存储器装置，包括：自旋轨道矩结构，所述自旋轨道矩结构在第一方向上延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成喆，李炅珍，
申请(专利权)人：韩国科学技术院，
类型：发明
国别省市：