[發(fā)明專利]包括不連續(xù)互連區(qū)段的磁阻元件和包括多個磁阻元件的磁存儲器

在審

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• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113410380A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設計）人: S·馬丁;J·羅切;M·德魯阿爾德
• 申請（專利權）人: 安塔利斯
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L43/08;H01L27/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 任一方;劉春元

包括不連續(xù)互連區(qū)段的磁阻元件和包括多個磁阻元件的磁存儲器。本公開涉及一種用于制造磁阻元件的方法，該磁阻元件包括磁性隧道結MTJ，該磁性隧道結MTJ包括隧道勢壘層、第一鐵磁層和第二鐵磁層；寫入電流層；以及互連層，其被配置用于向寫入電流層供應寫入電流。在互連層中提供間隙，使得互連層包括沿著層平面延伸并串聯(lián)連接寫入電流層的兩個不連續(xù)互連區(qū)段。該方法包括：沉積互連層（50）、寫入電流層（30）、第二鐵磁層（23）、隧道勢壘層（22）和第一鐵磁層（21）；在互連層（50）中形成間隙（34）；用間隙材料填充間隙；以及通過執(zhí)行單個蝕刻步驟來形成支柱（40），直到達到充當停止層的互連層（50）。

技術領域

本發(fā)明涉及一種磁阻元件，并且更特別地涉及一種具有增加的寫入電流效率且制造起來更簡單的磁阻元件。還公開了一種用于制造磁阻元件的方法。本發(fā)明進一步涉及包括多個磁阻元件的磁存儲器。

相關技術

圖1示出了包括磁性隧道結MTJ 20的常規(guī)磁阻存儲器單元的側視圖，該磁性隧道結MTJ 20包括夾在具有第一磁化強度210的第一鐵磁層21和具有自由第二磁化強度230的第二鐵磁層23之間的隧道勢壘層22。層24可以包括與第一鐵磁層21交換耦合的導電覆蓋層或反鐵磁層，以釘扎（pin）第一磁化強度210。替代地，覆蓋層24可以包括SAF結構，該SAF結構包括金屬非磁性間隔體層和鐵磁層。磁阻存儲器單元進一步包括電流線30，該電流線30在基本平行于MTJ 20的層21、22、23的平面中延伸，并接觸第二鐵磁層23。通過在電流線30中傳遞寫入電流31，可以切換第二磁化強度230（磁化反轉）。第二磁化強度230的切換可以通過自旋軌道轉矩（SOT）相互作用來執(zhí)行。通過寫入電流31由自旋霍爾效應和/或拉什巴-埃德爾斯坦（Rashba–Edelstein）效應生成的自旋電流在第二磁化強度230的初始取向上施加扭矩，使得第二磁化強度230的取向可以改變，例如，從平行于第一磁化強度210變?yōu)榉雌叫杏诘谝淮呕瘡姸?10

基于SOT進行切換允許使用單獨的讀取和寫入路徑，其有益于存儲器單元的長壽命。在磁化210和230垂直于層21、23的平面的情況下（如圖1中所示），為了確定性地切換第二磁化強度230，除了寫入電流31之外，還不得不施加平面內磁場（未示出）。

圖2示出了圖1的常規(guī)單元的俯視圖。電流線30在圍繞MTJ 20的“x-y”平面中延伸。如圖2中所表示，在電流線30中流動的寫入電流31不都在MTJ 20下方流動。用于切換第二磁化強度230的寫入電流31的有效電流增加，因為寫入電流31均勻地分布在電流線30的寬度上，并且僅通過MTJ 20下方的寫入電流31的一部分用于切換。制造其中電流線30具有類似于MTJ 20的橫向尺寸的寬度的常規(guī)單元是困難的。一個原因是實現(xiàn)MTJ 20與電流線30寬度的對準是復雜的。

另一方面，圖1和圖2中所示的常規(guī)磁阻存儲器單元通常通過蝕刻MTJ 20直到達到電流線30來制造。這里，電流線30用作蝕刻停止層。因為電流線30通常非常薄，在1 nm和10nm之間，因此蝕刻過程需要非常精確。

文獻US2019326353公開了一種在MTJ器件上端包括SOT電極的SOT存儲器器件。MTJ器件包括自由磁體、固定磁體和在自由磁體和固定磁體之間的隧道勢壘，并與MTJ器件下端的導電互連耦合。SOT電極具有與MTJ器件的覆蓋區(qū)基本上相同的覆蓋區(qū)。SOT器件包括在SOT電極的上表面上的第一接觸和第二接觸。第一接觸和第二接觸橫向間隔開不大于MTJ器件長度的距離。

發(fā)明內容