[發明專利]具有堆疊中選擇器的頂部釘扎SOT?MRAM結構

在審

• 申請號: 201610921767.7
• 申請日: 2016-10-21
• 公開（公告）號: CN107039064A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: P.M.布拉干薩;L.萬
• 申請（專利權）人: HGST荷蘭公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;G11C11/18;H01L27/22
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 葛飛

技術領域

本公開的實施例總體上涉及數據儲存和計算機存儲系統，更具體地涉及一種自旋-軌道轉矩磁阻隨機存取存儲器(SOT-MRAM)單元和芯片結構。

背景技術

計算機的核心是磁記錄裝置，其通常可包括旋轉磁介質或固態介質裝置。當今存在許多不同的存儲技術來存儲在計算系統中使用的信息。總體上，這些不同存儲技術可以分為兩個主要類別：易失性存儲器和非易失性存儲器。易失性存儲器一般指的是需要電能來保留存儲的數據的計算機存儲器類型。另一方面，非易失性存儲器一般指的是不需要電能來保留存儲的數據的計算機存儲器類型。易失性存儲器的示例可包括某些類型的隨機存取存儲器(RAM)，比如動態RAM(DRAM)和靜態RAM(SRAM)。非易失性存儲器的示例可包括只讀存儲器(ROM)、磁阻RAM(MRAM)和閃存(比如NOR和NAND閃存)等。

近些年，在大容量儲存器和存儲應用中需要更高密度的裝置，其維持比較低的每位成本。當今，一般在計算行業中占主導地位的存儲技術是DRAM和NAND閃存，然而，這些存儲技術不能夠解決下一代計算系統的當前和未來容量需求。

最近，出現的許多技術得到持續關注，作為下一代存儲器的潛在競爭者。一個這種存儲技術是磁阻隨機存取存儲器(MRAM)。MRAM提供了快速該部時間、近乎無限的讀/寫耐久性、耐輻射性和高儲存密度。與常規RAM芯片技術不同，MRAM數據不儲存為電荷，而是替代地使用磁元件的磁極化狀態儲存數據位。這些元件由兩個磁極化層(由薄絕緣層分隔開)形成，每一層可維持磁極化場，它們一起形成磁隧道結(MTJ)結構。包括MTJ存儲元件的MRAM單元可設計用于MTJ層結構相對于膜表面的面內或垂直極化。兩層之一(指的是固定或參考層)的磁化固定并設定為特定極性，例如通過將該層耦合到反鐵磁體；第二層(指的是自由層)的極化在外部寫入機構(比如強磁場或自旋極化電流)的影響下自由地旋轉(其以MRAM形式用作自旋扭矩傳輸或STT-MRAM)。

然而，由于驅動足夠量的電流來切換通過MTJ(包括通過阻擋層)，STT-MRAM裝置中的MTJ存儲元件會受到磨損的影響。通常，需要大量電流來切換單元的狀態。隨著時間的過去，由于大量電流，阻擋層破裂，從而導致MTJ失效。額外地，在STT-MRAM裝置中，難以在不擾亂相鄰MTJ元件的情況下隔離單個MTJ元件，并且諸如互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管的大晶體管有必要用在該裝置中以選擇單獨的MTJ元件。

因此，在本領域中需要一種改進的MRAM裝置。

發明內容

本公開的實施例總體上涉及數據儲存和計算機存儲系統，更具體地涉及SOT-MRAM單元和芯片結構。SOT-MRAM芯片結構包括存儲器單元陣列，其具有多個第一引線、多個第二引線和多個存儲器單元。多個存儲器單元中的每個存儲器單元包括MTJ和選擇器元件兩者。這些SOT-MRAM單元消除了使大電流通過MTJ的阻擋層的需求，選擇性元件消除了通常在不擾亂相鄰存儲器單元的情況下選擇單個存儲器單元所需的大晶體管。

在一個實施例中，存儲器單元包括MTJ和布置在MTJ上的選擇性元件。

在另一實施例中，存儲器單元陣列包括多個第一引線、多個第二引線以及布置在多個第一引線和多個第二引線之間的多個存儲器單元。多個存儲器單元中的每個存儲器單元包括MTJ和布置在MTJ上的選擇器元件。

在另一實施例中，SOT-MRAM包括存儲器單元陣列，其具有多個第一引線、多個第二引線以及布置在多個第一引線和多個第二引線之間的多個存儲器單元。多個存儲器單元中的每個存儲器單元包括MTJ和布置在MTJ上的選擇器元件。

附圖說明

參考實施例更具體地描述上面簡述的本公開，使得可以更詳細地理解本公開的上述特征，一些實施例在附圖中示出。然而，應注意的是，附圖僅示出本公開的典型實施例，因此不應理解為限制本發明的范圍，因為本公開可應用于其它等效實施例。

圖1是根據本文所述一個實施例的存儲器單元陣列的示意圖。

圖2是根據本文所述一個實施例的存儲器單元陣列的示意性透視圖。

圖3是根據本文所述一個實施例，第一引線、第二引線和存儲器單元沿圖2所示線III-III的橫截面側視圖。

圖4是根據本文所述的一個實施例，第一引線、第二引線和存儲器單元沿圖2所示線III-III的橫截面側視圖。

圖5是根據本文所述的一個實施例，第一引線、第二引線和存儲器單元沿圖2所示線III-III的橫截面側視圖。