[发明专利]自旋轨道矩磁阻随机存取存储器

说明书

自旋轨道矩磁阻随机存取存储器(SOT MRAM)单元包括：磁隧道结，该磁隧道结包含具有两个双稳磁化方向的自由层、具有固定磁化方向的参考磁性层、以及位于自由层与参考层之间的隧道阻挡层；以及非磁性自旋霍尔效应层。自旋霍尔效应层可包括β相钨层和贵金属非磁性除尘层的交替叠堆。另选地或除此之外，铪层可位于非磁性自旋霍尔效应层与自由层之间。

相关申请

本申请要求提交于2017年9月12日的美国非临时专利申请序列号15/701,761的优先权的权益，该美国非临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及磁存储元件的领域，并且具体地讲，涉及自旋轨道矩(SOT)磁阻存储器单元。

背景技术

磁阻随机存取存储器(MRAM)是一种非易失性随机存取存储器技术。与常规随机存取存储器(RAM)不同，MRAM器件中的数据不被存储为电荷或电流。相反，数据由磁存储元件存储。MRAM器件包括具有磁性硬层(即，“参考”层)和磁性软层(即，“自由”层)的单元或元件。对MRAM的写是通过使电流通过形成在每个存储器元件的任一侧上的电流引线以便产生局部感应磁场来执行，这个局部感应磁场设置软层磁化的方向。在将这些器件缩放至高密度时，产生大量的问题。具体地讲，为了生成足够的场来切换自由层而需要的电流变得大到惊人，并且在写期间可发生对相邻单元或元件的干扰，这又可能导致相邻单元被错误地写。

自旋转移矩(STT)MRAM器件类似于常规的MRAM器件，不同的是写电流路径穿过每个存储器元件的磁性层。自由层经由来自自旋极化电流通过参考磁性层的自旋转移矩来设定。自旋轨道矩(SOT)MRAM器件类似于自旋转移矩(STT)MRAM器件，不同的是读和写路径是独立的。因为写电流不通过薄的隧道阻挡层，所以SOT MRAM器件可具有更好的耐用性。SOTMRAM器件的最新近设计例如公开在美国专利申请公布号2017/0125078中。

发明内容

根据本公开的一个方面，自旋轨道矩磁阻随机存取存储器(SOT MRAM)单元包括：磁隧道结，该磁隧道结包含具有两个双稳磁化方向的自由层、具有固定磁化方向的参考磁性层、以及位于自由层与参考层之间的隧道阻挡层；以及非磁性自旋霍尔效应层。在一个实施方案中，自旋霍尔效应层可包括β相钨层和贵金属非磁性除尘层的交替叠堆。在另一实施方案中，铪层可位于非磁性自旋霍尔效应层与自由层之间。

附图说明

图1A示出了根据本公开一实施方案的包括SOT-MRAM器件的第一示例性结构。

图1B示出了根据本公开一实施方案的包括SOT-MRAM器件的第一示例性结构的另选实施方案。

图2示出了根据本公开一实施方案的包括SOT-MRAM器件的第二示例性结构。

图3A示出了根据本公开一实施方案的包括SOT-MRAM器件的第三示例性结构。

图3B示出了根据本公开一实施方案的包括SOT-MRAM器件的第三示例性结构的另选实施方案。

图4示出了根据本公开一实施方案的包括SOT-MRAM器件的第四示例性结构。

图5A示出了根据本公开一实施方案的包括SOT-MRAM器件的第五示例性结构。

图5B示出了根据本公开一实施方案的包括SOT-MRAM器件的第五示例性结构的另选实施方案。

图6示出了根据本公开一实施方案的包括SOT-MRAM器件的第六示例性结构。

图7A、图7B和图7C分别示出根据本公开的实施方案的包括SOT-MRAM器件的第七、第八和第九示例性结构。

图8A、图8B和图8C分别示出根据本公开的实施方案的包括SOT-MRAM器件的第七、第八和第九示例性结构的另选实施方案。