[發明專利]具有垂直各向異性的ST-RAM單元

無效

• 申請號: 201080017837.7
• 申請日: 2010-03-04
• 公開（公告）號: CN102396031A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: D·王;習海文;Y·鄭;D·季米特洛夫
• 申請（專利權）人: 希捷科技有限公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 錢慰民

背景

新型存儲器已展現出與常用形式的存儲器相競爭的顯著潛能。例如，非易失性自旋轉移矩隨機存取存儲器(在這里被稱為ST-RAM)已協商作為“通用”存儲器。磁性隧道結單元由于其高速、相對較高的密度和較低的功耗而在ST-RAM的應用中引起了很多注意。

大多數活動已集中在具有面內磁各向異性的磁性隧道結單元。然而，對得到足夠的溫度穩定性需要多低的切換電流存在限制，這進一步限制了最終限制存儲器陣列密度的CMOS晶體管尺寸。另外，單元形狀和邊緣粗糙度存在非常低的公差，這些因素會對照相平版印刷技術形成挑戰。為提高磁性隧道結單元結構和材料而制定的技術、設計和修正仍處于重要的發展領域，以使ST-RAM的優勢最大化。

發明內容

本公開涉及磁性自旋轉矩存儲器單元，也稱磁性隧道結單元，其關聯鐵磁性層的磁各向異性(即磁化方向)與晶片平面垂直對準(或“處于面外”)。

本公開的一個特定實施例是具有鐵磁性自由層、第一被釘扎基準層和第二被釘扎基準層的磁性結單元，每個前述層具有垂直于襯底的磁各向異性。鐵磁性自由層具有垂直于襯底的磁化方向，該磁化方向可通過自旋轉矩從第一方向切換至相反的第二方向。鐵磁性所述自由層的磁化作用耦合于第一被釘扎基準層和第二被釘扎基準層中的每一個。

通過閱讀下面的詳細描述，將明白這些以及各種其它的特征和優點。

附圖簡述

結合附圖考慮以下對本公開的各種實施例的詳細描述，能更完整地理解本公開，在附圖中：

圖1A是處于低阻態的、具有面外磁化方向的說明性磁性隧道結存儲器單元的示意性側視圖；圖1B是處于高阻態的、說明性磁性隧道結存儲器單元的示意性側視圖；

圖2是包括存儲器單元和半導體晶體管的說明性存儲器單元的示意圖；

圖3是說明性可存儲器陣列的示意圖；

圖4A-4H是具有底部被釘扎基準層的磁性隧道結存儲器單元的示意性側視圖；

圖5A-5H是具有頂部被釘扎基準層的磁性隧道結存儲器單元的示意性側視圖；

圖6A-6D是具有頂部和底部被釘扎基準層兩者的雙單元結構的磁性隧道結存儲器單元的示意性側視圖；

圖7A-7D是具有頂部被釘扎基準層的雙單元結構的磁性隧道結存儲器單元的示意性側視圖；

圖8A-8D是具有底部被釘扎基準層的雙單元結構的磁性隧道結存儲器單元的示意性側視圖；

圖9A-9D是不具有反鐵磁性層的雙單元結構的磁性隧道結存儲器單元的示意性側視圖；以及

圖10A-10D是至少一層尺寸減小的雙單元結構的磁性隧道結存儲器單元的示意性側視圖。

這些附圖不一定按比例示出。附圖中使用的相同數字表示相同部件。然而，應當理解，在一給定附圖中使用一數字來指代一部件無意限制在另一附圖中用同一數字標記該部件。

詳細說明

本公開針對具有磁各向異性的磁性隧道結存儲器單元的多種設計，這些設計導致相關鐵磁性層的磁化方向與晶片平面垂直對準，或“處于面外”。這些存儲器單元具有多種結構性要素，這些結構性要素在維持適當溫度穩定性的同時減小了用于切換所述單元的數據位狀態所需的切換電流。存儲器單元可以按較高的面密度布圖在晶片上。此外，存儲器單元對于工藝偏差具有更好的耐受性。

在以下描述中，參照形成本說明書一部分的一組附圖，其中通過圖示示出了若干特定實施例。應當理解的是，可構想并可作出其他實施例，而不背離本公開的范圍或精神。因此，以下詳細描述不應按照限制性的意義來理解。本文中所提供的任何定義是為了便于對本文中頻繁使用的某些術語的理解，而不是為了限制本公開的范圍。

除非另外指明，否則在說明書和權利要求書中使用的表示特征大小、量、以及物理性質的所有數字應被理解為在任何情況下均由術語“大約”修飾。因此，除非相反地指明，否則在上述說明書和所附權利要求中陳述的數值參數是近似值，這些近似值可根據本領域技術人員所尋求獲得的期望性質利用本文中公開的示教而變化。

如本說明書以及所附權利要求書中所使用的，單數形式“一”、“某一”以及“該”涵蓋具有復數引用物的實施例，除非該內容明確地指示并非如此。如本說明書以及所附權利要求書中所使用的，術語“或”一般以其包括“和/或”的意義來使用，除非該內容明確地指出并非如此。

雖然本發明不僅限于此，但通過對下文提供的示例的討論將獲得對本公開的各個方面的理解。