[发明专利]自旋电流可切换磁存储器元件以及制造存储器元件的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及名称为“SPIN-CURRENT SWITCHABLE MAGNETICMEMORY ELEMENT SUITABLE FOR CIRCUIT INTEGRATIONAND METHOD OF FABRICATING THE MEMORY ELEMENT”的美国专利申请No.10/715,376，该申请与本申请被共同地受让，在此引入该申请作为参考。

技术领域

本发明涉及自旋电流可切换(switchable)磁存储器元件以及制造存储器元件的方法，更具体而言，涉及包括多个磁性层的自旋电流可切换磁存储器元件，所述多个磁性层中的至少一个包括稀土金属与过渡金属的合金。

背景技术

电流可切换的双端、双稳电阻器可被用作存储器元件。这种器件中的一类为自旋电流可切换磁性结(例如隧道结或自旋阀(spin-valve)结)。在过去几年中验证了这些器件的基本物理。由于按比例缩小至小于等于50nm的结尺寸，该器件有希望成为下一代磁存储器元件。

已被实验证明的常规结器件需要太大的切换电流——约为中段10⁶A/cm²(mid 10⁶A/cm²)，并且结阻抗太低，仅约为1至2Ω-μm²。为有效地与后段制程(BEOL)CMOS技术结合，整个工业界正在进行努力，以减小需要的切换电流的量，并增大器件阻抗。

一种减小切换电流的方法为引入具有垂直磁各向异性的磁性材料。关于相关的技术方法，已经定量地讨论了该构思。

关于相关的技术方法，先前已经讨论了材料选择的一些组合。然而，先前讨论的材料选择倾向于需要复杂的薄膜合成技术例如分子束外延。

发明内容

鉴于上述系统和方法的上述和其它的示例性问题、不利因素以及缺点，本发明的示例性方面的一个目的为提供一种自旋电流可切换磁存储器元件(例如自旋电流注入器件)以及制造存储器元件的方法，所述存储器元件包括这样的材料，该材料允许制造所述存储器元件而不必需要复杂的薄膜合成技术例如分子束外延。

本发明的一个示例性的方面包括这样的自旋电流可切换磁存储器元件，其包括：具有垂直磁各向异性分量的多个磁性层，所述多个磁性层中的至少一个包括稀土金属与过渡金属的合金；以及与所述多个磁性层中的至少一个邻接地形成的至少一个势垒层。所述合金包括例如GdCo合金、TbFeCo合金等等。

所述多个磁性层包括第一磁性层和第二磁性层，所述至少一个势垒层形成在所述第一与第二磁性层之间。所述第一和第二磁性层中的至少一个包括电流可切换磁矩。

重要地，通过溅射淀积方法形成所述多个磁性层中的至少一个。此外，所述多个磁性层中的至少一个包括形成在铂上的钴层或形成在金上的钴层。另外，所述钴层的厚度小于约

此外，所述多个磁性层中的至少一个包括可以通过自旋电流注入而旋转的磁自由层(magnetically free layer)。另外，包括所述合金的所述磁性层包括固定磁性层，其具有足够的厚度和足够的磁各向异性以在电流诱导的切换过程期间保持固定。另外，包括所述合金的所述磁性层包括提供足够量的自旋极化电流的固定磁性层。

此外，包括所述合金的所述多个磁性层中的所述至少一个包括至少的厚度。

所述多个磁性层包括例如第一磁固定层(magnetically fixed layer)、形成在所述第一磁固定层上的磁自由层、以及形成在所述磁自由层上的第二磁固定层。所述至少一个势垒层包括形成在所述第一磁固定层与所述磁自由层之间的第一势垒层、以及形成在所述磁自由层与所述第二磁固定层之间的第二势垒层。

所述磁存储器元件还包括与所述多个磁性层中的一个邻接地形成的第一引线(lead)、与所述多个磁性层中的另一个邻接地形成的第二引线、以及形成在所述第一与第二引线之间的柱，所述柱包括所述至少一个势垒层和所述多个磁性层中的至少一个。包括在所述柱中的所述至少一个磁性层包括所述电流可切换磁矩。具体而言，包括在所述柱中的所述至少一个磁性层的磁矩通过电流可切换。特别地，包括在所述柱中的所述至少一个磁性层的磁矩通过密度不大于约10⁶A/cm²的电流可切换。

此外，所述势垒层保持注入到所述柱中的电流的自旋信息并提供对所述电流的阻抗。另外，所述第一和第二引线中的至少一个包括所述多个磁性层中的磁性层。