[發(fā)明專利]垂直磁隨機存取存儲器的多層自旋軌道矩電極

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910456880.6
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110660899A
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設計）人: T.戈薩維;S.馬尼帕特魯尼;林家慶;K.奧古斯;C.維根;A.史密斯;佐藤德之;K.奧布里恩;B.布福德;I.楊;M.D.T.拉曼
• 申請（專利權(quán)）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L43/02
• 分類號: H01L43/02;H01L43/08;H01L43/12
• 代理公司: 72001 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李嘯;楊美靈

本文中的實施例涉及用于制造自旋軌道矩（SOT）電極的系統(tǒng)、設備和/或過程，SOT電極包含：具有與磁性隧道結(jié)（MTJ）的自由層耦合的第一面的第一層；以及與第一層的與第一面相對的第二面耦合的第二層，其中第一SOT層中的電阻的值低于第二SOT層中的電阻的值，并且其中施加到SOT電極的電流將使得電流優(yōu)先在第一SOT層中流動，以使得自由層的磁極化改變方向。在SOT電極的制造期間，第二層可充當蝕刻停止處。

技術(shù)領域

本公開的實施例一般涉及磁隨機存取存儲器（MRAM）的領域，并且尤其涉及自旋軌道矩（SOT）電極的組成。

背景技術(shù)

本文中提供的背景技術(shù)描述是為了概括地介紹本公開的上下文的目的。除非本文中另外指示，否則本部分中描述的材料不是本申請中的權(quán)利要求的現(xiàn)有技術(shù)，并且并不因為包含在本部分中而認為是現(xiàn)有技術(shù)。

對于平面內(nèi)極化磁性薄膜，由重金屬內(nèi)的自旋霍爾效應（SHE）引起的電子自旋電流已經(jīng)證明會對磁體施加自旋轉(zhuǎn)移矩。可使用SHE來改變可用于實現(xiàn)MRAM的磁性隧道結(jié)（MTJ）的自由層的磁極性。

附圖說明

通過以下詳細描述結(jié)合附圖，將容易地理解實施例。為了利于本描述，相似參考數(shù)字指定相似結(jié)構(gòu)元件。在附圖的圖中，作為舉例而不是作為限制的方式示出實施例。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實現(xiàn)在制造具有MTJ的MRAM堆疊期間的階段，MRAM堆疊包含SOT電極的多個層。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實現(xiàn)在制造具有MTJ的MRAM堆疊期間的階段，MRAM堆疊包含作為蝕刻停止處的SOT電極的一層。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實現(xiàn)在制造MRAM堆疊期間使用高電阻率SOT層作為蝕刻停止處的示例過程。

圖4示出根據(jù)各種實施例集成MRAM的互補金屬-氧化物-半導體（CMOS）堆疊。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個實現(xiàn)的計算裝置500。

圖6示出包含本發(fā)明的一個或多個實施例的插入器600。

具體實施方式

本公開的實施例一般涉及用于制造或使用MRAM的設備、過程或系統(tǒng)。在傳統(tǒng)實現(xiàn)中，MRAM可包含SOT電極，所述SOT電極可包含重金屬、2D材料、反鐵磁體（AFM）或拓撲絕緣體（TI）。SOT電極可利于在磁耦合到SOT電極的MTJ的自由層內(nèi)切換磁場。SOT可使得能夠利用以合成反鐵磁體（SAF）開發(fā)的復雜磁堆疊來通過改變MTJ的磁性自由層中的磁場的極性方向來實現(xiàn)自旋轉(zhuǎn)移矩存儲器。

在實施例中，SOT電極可實現(xiàn)為具有帶有不同電阻率值的不同層的多層SOT電極。在實施例中，可具有高自旋電導率的低電阻率SOT材料作為可連接到MTJ的磁性自由層的頂部SOT層，而底部SOT層可以是可具有低自旋電導率的高電阻性。在實施例中，可構(gòu)成底部SOT層的金屬一般可較厚，并且可在制造期間用作蝕刻停止處。

在傳統(tǒng)實現(xiàn)中，對SOT電極進行圖形化可能具有挑戰(zhàn)。首先，SOT電極通常僅幾納米厚，例如介于0.5納米和20納米之間厚，并且位于大的磁堆疊的底部。在此類配置中，在準確的薄膜層上停止蝕刻過程可能不精確，并且可能會導致對該層過蝕刻。過蝕刻可不利地影響制造產(chǎn)量，并且可能會增加SOT電極互連電阻。例如，傳統(tǒng)SOT電極可以是位于連接到晶體管的兩個通孔之間的MTJ下方的局部互連。如果傳統(tǒng)SOT層超過電阻閾值，那么可能需要施加更高的電壓以便獲得足以切換MTJ中的自由層磁體的電流密度，這可能會影響MRAM器件的運行效率。