磁性自旋转矩存储器单元，也称磁性隧道结单元，其关联的铁磁性层具有与晶片平面垂直对准的(或“处于面外的”)磁各向异性(即在零电场和零电流下的磁化方向)。存储器或磁性结单元可具有铁磁性自由层、第一被钉扎基准层和第二被钉扎基准层，每个前述层具有垂直于衬底的磁各向异性。自由层具有垂直于衬底的磁化方向，该磁化方向可通过自旋转矩从第一方向切换至相反的第二方向。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有垂直各向异性的ST-RAM单元背景新型存储器已展现出与常用形式的存储器相竞争的显著潜能。例如，非易失性自旋转移矩随机存取存储器(在这里被称为ST-RAM)已协商作为“通用”存储器。磁性隧道结单元由于其高速、相对较高的密度和较低的功耗而在ST-RAM的应用中引起了很多注意。大多数活动已集中在具有面内磁各向异性的磁性隧道结单元。然而，对得到足够的温度稳定性需要多低的切换电流存在限制，这进一步限制了最终限制存储器阵列密度的 CMOS晶体管尺寸。另外，单元形状和边缘粗糙度存在非常低的公差，这些因素会对照相平版印刷技术形成挑战。为提高磁性隧道结单元结构和材料而制定的技术、设计和修正仍处于重要的发展领域，以使ST-RAM的优势最大化。
技术实现思路
本公开涉及磁性自旋转矩存储器单元，也称磁性隧道结单元，其关联铁磁性层的磁各向异性(即磁化方向)与晶片平面垂直对准(或“处于面外”)。本公开的一个特定实施例是具有铁磁性自由层、第一被钉扎基准层和第二被钉扎基准层的磁性结单元，每个前述层具有垂直于衬底的磁各向异性。铁磁性自由层具有垂直于衬底的磁化方向，该磁化方向可通过自旋转矩从第一方向切换至相反的第二方向。铁磁性所述自由层的磁化作用耦合于第一被钉扎基准层和第二被钉扎基准层中的每一个。通过阅读下面的详细描述，将明白这些以及各种其它的特征和优点。附图简述结合附图考虑以下对本公开的各种实施例的详细描述，能更完整地理解本公开， 在附图中图IA是处于低阻态的、具有面外磁化方向的说明性磁性隧道结存储器单元的示意性侧视图；图IB是处于高阻态的、说明性磁性隧道结存储器单元的示意性侧视图；图2是包括存储器单元和半导体晶体管的说明性存储器单元的示意图；图3是说明性可存储器阵列的示意图；图4A-4H是具有底部被钉扎基准层的磁性隧道结存储器单元的示意性侧视图；图5A-5H是具有顶部被钉扎基准层的磁性隧道结存储器单元的示意性侧视图；图6A-6D是具有顶部和底部被钉扎基准层两者的双单元结构的磁性隧道结存储器单元的示意性侧视图；图7A-7D是具有顶部被钉扎基准层的双单元结构的磁性隧道结存储器单元的示意性侧视图；图8A-8D是具有底部被钉扎基准层的双单元结构的磁性隧道结存储器单元的示意性侧视图；图9A-9D是不具有反铁磁性层的双单元结构的磁性隧道结存储器单元的示意性侧视图；以及附图说明图10A-10D是至少一层尺寸减小的双单元结构的磁性隧道结存储器单元的示意性侧视图。这些附图不一定按比例示出。附图中使用的相同数字表示相同部件。然而，应当理解，在一给定附图中使用一数字来指代一部件无意限制在另一附图中用同一数字标记该部件。详细说明本公开针对具有磁各向异性的磁性隧道结存储器单元的多种设计，这些设计导致相关铁磁性层的磁化方向与晶片平面垂直对准，或“处于面外”。这些存储器单元具有多种结构性要素，这些结构性要素在维持适当温度稳定性的同时减小了用于切换所述单元的数据位状态所需的切换电流。存储器单元可以按较高的面密度布图在晶片上。此外，存储器单元对于工艺偏差具有更好的耐受性。在以下描述中，参照形成本说明书一部分的一组附图，其中通过图示示出了若干特定实施例。应当理解的是，可构想并可作出其他实施例，而不背离本公开的范围或精神。 因此，以下详细描述不应按照限制性的意义来理解。本文中所提供的任何定义是为了便于对本文中频繁使用的某些术语的理解，而不是为了限制本公开的范围。除非另外指明，否则在说明书和权利要求书中使用的表示特征大小、量、以及物理性质的所有数字应被理解为在任何情况下均由术语“大约”修饰。因此，除非相反地指明， 否则在上述说明书和所附权利要求中陈述的数值参数是近似值，这些近似值可根据本领域技术人员所寻求获得的期望性质利用本文中公开的示教而变化。如本说明书以及所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“某一”以及“该”涵盖具有复数引用物的实施例，除非该内容明确地指示并非如此。如本说明书以及所附权利要求书中所使用的，术语“或”一般以其包括“和/或”的意义来使用，除非该内容明确地指出并非如此。虽然本专利技术不仅限于此，但通过对下文提供的示例的讨论将获得对本公开的各个方面的理解。图IA和IB示出具有垂直或面外磁化方向的说明性存储器单元。磁性隧道结存储器单元10包括相对较软的铁磁性自由层12、铁磁性基准(例如固定)层14以及靠近基准层14的钉扎层16。铁磁性自由层12和铁磁性基准层14由氧化物阻挡层13或非磁性隧道阻挡结构隔开。为了清楚起见，在这些附图中不绘出例如籽晶层或保护层(capping layer) 等其它层。自由层12、基准层14和钉扎层16各自具有关联的磁化方向。自由层12的磁化方向比基准层14的磁化方向更易切换，而钉扎层16的磁化方向是固定的并且一般非常低且不会切换。钉扎层16将被钉扎基准层14的磁化方向固定。在一些实施例中，钉扎层16 可具有零磁化，但仍然能将被钉扎层的磁化固定。铁磁性层12、14可由任何有用的铁磁(FM)材料制成，例如i^、Co、或Ni以及其诸如Nii^e与( 等合金。例如CoFeB等三元合金由于其较低的转矩和高极化比而尤为有用。铁磁性自由层12与基准层14中的任一个或两者可以是单层或非平衡的合成反铁磁性 (SAF)耦合结构，S卩，由诸如Ru或Cu等金属间隔件分隔开的两个铁磁性子层，其中这些子层的磁化方向处于相反方向以便提供净磁化。钉扎层16可以是诸如PtMn、IrMn及其它物质等的反铁磁性有序材料(AFM)。阻挡层13可由例如氧化物材料(例如，Al2O3JiOx或MgOx)等电绝缘材料来制成。根据工艺可行性与装置可靠性，可以有选择地将阻挡层13与自由层12或基准层14布图在一起。第一电极18与铁磁性自由层12电接触，而第二电极19与铁磁性基准层14电接触。电极18、19将铁磁性层12、14电连接于控制电路，该控制电路提供通过层12、14的读/ 写电流。跨磁性隧道结存储器单元10的电阻是由铁磁性层12、14的磁化向量或磁化方向的相对取向确定的。在图示实施例中，铁磁性基准层14的磁化方向通过钉扎层16被限定在预定方向，而铁磁性自由层12的磁化方向在自旋转矩的影响下自由旋转。层12、14、16的磁化方向垂直于层的延伸方面并垂直于在其上形成存储器单元10 的晶片衬底的平面，这经常被称为“面外的”或“垂直的”。在图IA中，磁性隧道结存储器单元10处于低阻态，其中自由层12的磁化方向与基准层14的磁化方向处于同一方向。在图IB中，磁性隧道结存储器单元140处于高阻态， 其中自由层12的磁化方向与基准层14的磁化方向处于相反方向。在一些实施例中，低阻态可以是“0”数据状态而高阻态可以是“1”数据状态，但在其它一些实施例中，低阻态可以是“1”而高阻态可以是“0”。经由自旋转移而切换阻态并因此切换磁性隧道结存储器单元10的数据状态的情况发生在流过磁性隧道结存储器单元10的磁性层的电流发生自旋极化并对自由层12施加自旋转矩时。当足够自旋转矩被施加于自由层12时，自由层12的磁化方向可在两相反方向之间切换，并因此，磁性隧道结存储器单元10可在低阻态和高阻态之间切换。图2是包括经由导电元件M电耦合于半导体晶体管22的存储元件21的说明性存储器单元20的示意图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·王，习海文，Y·郑，D·季米特洛夫，
申请(专利权)人：希捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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