[发明专利]包括不连续互连区段的磁阻元件和包括多个磁阻元件的磁存储器

说明书

包括不连续互连区段的磁阻元件和包括多个磁阻元件的磁存储器。本公开涉及一种用于制造磁阻元件的方法，该磁阻元件包括磁性隧道结MTJ，该磁性隧道结MTJ包括隧道势垒层、第一铁磁层和第二铁磁层；写入电流层；以及互连层，其被配置用于向写入电流层供应写入电流。在互连层中提供间隙，使得互连层包括沿着层平面延伸并串联连接写入电流层的两个不连续互连区段。该方法包括：沉积互连层（50）、写入电流层（30）、第二铁磁层（23）、隧道势垒层（22）和第一铁磁层（21）；在互连层（50）中形成间隙（34）；用间隙材料填充间隙；以及通过执行单个蚀刻步骤来形成支柱（40），直到达到充当停止层的互连层（50）。

技术领域

本发明涉及一种磁阻元件，并且更特别地涉及一种具有增加的写入电流效率且制造起来更简单的磁阻元件。还公开了一种用于制造磁阻元件的方法。本发明进一步涉及包括多个磁阻元件的磁存储器。

相关技术

图1示出了包括磁性隧道结MTJ 20的常规磁阻存储器单元的侧视图，该磁性隧道结MTJ 20包括夹在具有第一磁化强度210的第一铁磁层21和具有自由第二磁化强度230的第二铁磁层23之间的隧道势垒层22。层24可以包括与第一铁磁层21交换耦合的导电覆盖层或反铁磁层，以钉扎（pin）第一磁化强度210。替代地，覆盖层24可以包括SAF结构，该SAF结构包括金属非磁性间隔体层和铁磁层。磁阻存储器单元进一步包括电流线30，该电流线30在基本平行于MTJ 20的层21、22、23的平面中延伸，并接触第二铁磁层23。通过在电流线30中传递写入电流31，可以切换第二磁化强度230（磁化反转）。第二磁化强度230的切换可以通过自旋轨道转矩（SOT）相互作用来执行。通过写入电流31由自旋霍尔效应和/或拉什巴-埃德尔斯坦（Rashba–Edelstein）效应生成的自旋电流在第二磁化强度230的初始取向上施加扭矩，使得第二磁化强度230的取向可以改变，例如，从平行于第一磁化强度210变为反平行于第一磁化强度210

基于SOT进行切换允许使用单独的读取和写入路径，其有益于存储器单元的长寿命。在磁化210和230垂直于层21、23的平面的情况下（如图1中所示），为了确定性地切换第二磁化强度230，除了写入电流31之外，还不得不施加平面内磁场（未示出）。

图2示出了图1的常规单元的俯视图。电流线30在围绕MTJ 20的“x-y”平面中延伸。如图2中所表示，在电流线30中流动的写入电流31不都在MTJ 20下方流动。用于切换第二磁化强度230的写入电流31的有效电流增加，因为写入电流31均匀地分布在电流线30的宽度上，并且仅通过MTJ 20下方的写入电流31的一部分用于切换。制造其中电流线30具有类似于MTJ 20的横向尺寸的宽度的常规单元是困难的。一个原因是实现MTJ 20与电流线30宽度的对准是复杂的。

另一方面，图1和图2中所示的常规磁阻存储器单元通常通过蚀刻MTJ 20直到达到电流线30来制造。这里，电流线30用作蚀刻停止层。因为电流线30通常非常薄，在1 nm和10nm之间，因此蚀刻过程需要非常精确。

文献US2019326353公开了一种在MTJ器件上端包括SOT电极的SOT存储器器件。MTJ器件包括自由磁体、固定磁体和在自由磁体和固定磁体之间的隧道势垒，并与MTJ器件下端的导电互连耦合。SOT电极具有与MTJ器件的覆盖区基本上相同的覆盖区。SOT器件包括在SOT电极的上表面上的第一接触和第二接触。第一接触和第二接触横向间隔开不大于MTJ器件长度的距离。

发明内容