[发明专利]磁性存储器结构

说明书

提供具有自旋轨道转矩及电压控制磁异向性辅助型多位元SOT记忆胞结构。根据本发明实施例的磁存储单元包括重金属层和包括自由层、阻障层及固定层的磁穿隧接面元件。重金属层位于自由磁性层的下方，铜接垫位于磁穿隧接面元件的外部并沿重金属层放置。阻障层、自由层及重金属层向外延伸，大于固定层的椭圆形顶部电极层。本实施例的磁性存储器结构扩大了习知装置上的处理窗口，并且缝合到重金属层上的铜接垫用于降低单元写入电压。平面充电电流通过铜接垫施加到重金属层，正电流将SOT及VCMA磁性记忆单元驱动到高电阻状态，即从平行状态至反平行状态，而负电流的驱动而进入低电阻状态，即从反平行状态至平行状态。

技术领域

本发明是有关于一种磁性随机存取存储器(magnetic random access memory,MARM)结构，且特别是有关于一种具有电压控制磁各向异性(voltage controlledmagnetic anisotropy)特性的自旋轨道转矩(spin-orbit torque,SOT)磁性存储器结构。

背景技术

基于磁穿隧结构(magnetic tunnel junction,MTJ)存储单元的磁随机存取存储器(MRAM)，由一个阻障层隔开2个铁磁性(ferromagnetic)层组成，已成为未来高性能非易失性存储器及逻辑应用非常前景可期的选择。特别地，自旋转移转矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)由于其CMOS兼容性、优异的非易失性、高写入与读取速度、高耐用性以及更低功耗而引起了众多关注。它更被认定为新兴更具竞争力的非易失性存储器，且具有小型化、系统化芯片(system-on-chip)、快速系统操作(Instant on System)等的嵌入式存储器等的理想选择，并且对于物联网(Internet of Things,IoT)设备之类的应用，或各类可携式电子产品应用等，为备受瞩目的理想新世代存储器。

尽管STT-MRAM由于其独特特征而在全球引起了相当大的关注，但是在技术商业化前须解决一些重大挑战。该技术已经成熟到硅铸厂能生产它们的阶段。尽管已成熟，然仍有进一步提高其稳健性(robustness)的空间。STT-MRAM技术的主要缺点之一是其可靠性问题，例如:由于相同读/写存取路径，易有读/写干扰与错误问题，经使用次数增加，也会有阻障层氧化物被击穿(oxide breakdown)等问题。

为了减轻STT-MRAM的可靠性问题，具有读/写不同路径的自旋轨道转矩MRAM(SOT-MRAM)被视为是可能的解决方案。相较于二端点型的STT-MRAM，三端点型的SOT-MRAM的优点在于读写路径彼此垂直，这本质上解决了可靠性及穿隧阻障层劣化问题，为存储器可靠度与耐用性应用提供了新的途径。

发明内容

本发明一实施例提出一种磁性存储器结构磁性存储器结构包括一磁穿隧结构(magnetic tunneling junction,MJT)及一重金属层。磁穿隧结构包括一固定层、一阻障层及一自由层。阻障层形成于固定层下方。自由层形成于阻障层下方。重金属层形成于自由层下方。其中，阻障层具有一第一上表面，固定层具有一下表面，且第一上表面的面积大于下表面的面积。

本发明另一实施例提出一种磁性存储器结构磁性存储器结构包括一磁穿隧结构、一重金属层及一导电层。重金属层形成于磁穿隧结构层下方。导电层形成于重金属层下方。其中，导电层的导电率高于重金属层的导电率。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1及图2为依照本发明一实施例的磁性存储器结构的功能方块图。

图3为图1的磁性存储器结构的电阻对电流密度(R-J)曲线的示意图。

图4～图9为依照本发明另一实施例的磁性存储器结构的示意图。

图10为磁性存储器结构100的电阻对电流密度(R-J)曲线的示意图。