[发明专利]高稳定性电子自旋存储器

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及半导体器件的领域，并且具体而言，涉及高度稳定的电子自旋存储器。

背景技术

诸如自旋移矩存储器(STTM)等的一些磁存储器利用磁隧道结(MTJ)来切换并检测存储器的磁性状态。图1包括自旋移矩随机存取存储器(STTRAM)，其为STTM的一种形式。图1包括由铁磁(FM)层125、127和隧穿势垒126(例如，氧化镁(MgO))构成的MTJ。MTJ将位线(BL)105耦合至选择开关120(例如，晶体管)、字线(WL)110、和感测线(SL)115。通过对FM层125、127的不同的相对磁化的电阻(例如，隧穿磁电阻(TMR))的变化进行评估来“读取”存储器100。

更具体地，MTJ电阻由层125、127的相对磁化方向来确定。当两层之间的磁化方向为反向平行时，MTJ处于高电阻状态。当两层之间的磁化方向为平行时，MTJ处于低电阻状态。层127为“参考层”或“固定层”，因为其磁化方向是固定的。层125为“自由层”，因为其磁化方向是经由通过由参考层极化的驱动电流来改变的(例如，施加到层127的正电压使层125的磁化方向旋转至与层127相反的方向，并且施加到层127的负电压使层125的磁化方向旋转至与层127相同的方向)。

附图说明

根据所附权利要求、一个或多个示例性实施例的以下具体实施方式、以及相对应的附图，本发明的实施例的特征和优点将变得显而易见，附图中：

图1描绘了常规磁存储器单元。

图2-3描绘了常规MTJ。

图4包括本发明的实施例中的MTJ部分。

图5说明了本发明的实施例的稳定性如何增长。

图6包括本发明的实施例中的MTJ部分。

图7包括本发明的实施例中的具有多层堆叠体的MTJ。

图8包括本发明的实施例中的存储器单元。

图9描绘了用于本发明的实施例的系统。

图10描绘了本发明的实施例中的形成存储器的方法。

具体实施方式

现在将参照附图，其中类似的结构可以设有类似的后缀附图标记。为了更清楚的示出各实施例的结构，本文中所包括的附图是集成电路结构的图示表示。因此，所制造的集成电路结构的实际外观(例如在显微照片中)可以看起来不同，然而仍然包含了所示出的实施例的所要求保护的结构。此外，附图可以仅示出对理解所示出的实施例有用的结构。可能不包括本领域已知的附加结构，以保持附图的清楚性。“实施例”、“各种实施例”等指示所描述的(多个)实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是并非每个实施例都必需包括特定特征、结构或特性。一些实施例可以具有针对其它实施例所描述的特征中的一些或全部或者无此特征。“第一”、“第二”、“第三”等描述共同的对象并且指示相似对象的不同实例被提及。这种形容词不暗示所描述的对象必须采用时间上、空间上的给定顺序、排名或任何其它方式。“连接”可以指示元件彼此直接物理或电接触，并且“耦合”可以指示元件彼此协作或相互作用，但是它们可以或可以不直接物理或电接触。同样，虽然相似或相同的数字可以用于表示不同图片中的相同或相似的部分，但是这样做并不表示包括相似或相同数字的所有图片组成单个或相同实施例。

上述STTRAM仅为“超CMOS”技术(或“非基于CMOS的”技术)的一个示例，所述示例涉及并非全部用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术来实施的器件和工艺。超CMOS技术可以依靠自旋极化(其与基本粒子的自旋或本征角动量与给定方向对齐的程度有关)，并且更普遍地可以依靠自旋(与电子的本征自旋、其相关联的磁矩、以及电子的基本电荷有关的电子的分支)。电子自旋器件可以与TMR有关，TMR使用穿过薄绝缘体的电子的量子力学穿隧效应来使铁磁层分开，并且电子自旋器件还可以与STT有关，其中自旋极化电子的电流可以用于控制铁磁电极的磁化方向。

例如，超CMOS器件包括在存储器(例如，3端子STTRAM)中实施的电子自旋器件、自旋逻辑器件(例如，逻辑门)、隧道场效应晶体管(TFET)、碰撞电离MOS(IMOS)器件、纳米机电开关(NEMS)、负共栅极FET、共振隧穿二极管(RTD)、单电子晶体管(SET)、自旋FET、纳米磁体逻辑单元(NML)、畴壁逻辑单元、畴壁存储器等等。