[发明专利]垂直磁随机存取存储器的多层自旋轨道矩电极

说明书

本文中的实施例涉及用于制造自旋轨道矩（SOT）电极的系统、设备和/或过程，SOT电极包含：具有与磁性隧道结（MTJ）的自由层耦合的第一面的第一层；以及与第一层的与第一面相对的第二面耦合的第二层，其中第一SOT层中的电阻的值低于第二SOT层中的电阻的值，并且其中施加到SOT电极的电流将使得电流优先在第一SOT层中流动，以使得自由层的磁极化改变方向。在SOT电极的制造期间，第二层可充当蚀刻停止处。

技术领域

本公开的实施例一般涉及磁随机存取存储器（MRAM）的领域，并且尤其涉及自旋轨道矩（SOT）电极的组成。

背景技术

本文中提供的背景技术描述是为了概括地介绍本公开的上下文的目的。除非本文中另外指示，否则本部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且并不因为包含在本部分中而认为是现有技术。

对于平面内极化磁性薄膜，由重金属内的自旋霍尔效应（SHE）引起的电子自旋电流已经证明会对磁体施加自旋转移矩。可使用SHE来改变可用于实现MRAM的磁性隧道结（MTJ）的自由层的磁极性。

附图说明

通过以下详细描述结合附图，将容易地理解实施例。为了利于本描述，相似参考数字指定相似结构元件。在附图的图中，作为举例而不是作为限制的方式示出实施例。

图1示出根据本发明的一个实现在制造具有MTJ的MRAM堆叠期间的阶段，MRAM堆叠包含SOT电极的多个层。

图2示出根据本发明的一个实现在制造具有MTJ的MRAM堆叠期间的阶段，MRAM堆叠包含作为蚀刻停止处的SOT电极的一层。

图3示出根据本发明的一个实现在制造MRAM堆叠期间使用高电阻率SOT层作为蚀刻停止处的示例过程。

图4示出根据各种实施例集成MRAM的互补金属-氧化物-半导体（CMOS）堆叠。

图5示出根据本发明的一个实现的计算装置500。

图6示出包含本发明的一个或多个实施例的插入器600。

具体实施方式

本公开的实施例一般涉及用于制造或使用MRAM的设备、过程或系统。在传统实现中，MRAM可包含SOT电极，所述SOT电极可包含重金属、2D材料、反铁磁体（AFM）或拓扑绝缘体（TI）。SOT电极可利于在磁耦合到SOT电极的MTJ的自由层内切换磁场。SOT可使得能够利用以合成反铁磁体（SAF）开发的复杂磁堆叠来通过改变MTJ的磁性自由层中的磁场的极性方向来实现自旋转移矩存储器。

在实施例中，SOT电极可实现为具有带有不同电阻率值的不同层的多层SOT电极。在实施例中，可具有高自旋电导率的低电阻率SOT材料作为可连接到MTJ的磁性自由层的顶部SOT层，而底部SOT层可以是可具有低自旋电导率的高电阻性。在实施例中，可构成底部SOT层的金属一般可较厚，并且可在制造期间用作蚀刻停止处。

在传统实现中，对SOT电极进行图形化可能具有挑战。首先，SOT电极通常仅几纳米厚，例如介于0.5纳米和20纳米之间厚，并且位于大的磁堆叠的底部。在此类配置中，在准确的薄膜层上停止蚀刻过程可能不精确，并且可能会导致对该层过蚀刻。过蚀刻可不利地影响制造产量，并且可能会增加SOT电极互连电阻。例如，传统SOT电极可以是位于连接到晶体管的两个通孔之间的MTJ下方的局部互连。如果传统SOT层超过电阻阈值，那么可能需要施加更高的电压以便获得足以切换MTJ中的自由层磁体的电流密度，这可能会影响MRAM器件的运行效率。