[发明专利]磁存储器件及其形成方法

说明书

磁存储器件包括自旋轨道扭矩(SOT)感应自旋霍尔电极和设置在自旋霍尔电极上的磁隧道结(MTJ)堆叠件的自由层，自由层是合成反铁磁结构。自由层具有磁矩，该磁矩相对于MTJ堆叠件的长轴倾斜，并且相对于电流流过自旋霍尔电极的方向倾斜。MTJ堆叠件内部产生磁场以切换自由层的状态。自由层包括通过间隔层与第二层隔开的第一层，其中第一层和第二层可以具有相同或不同的晶体结构。本申请的实施例提供了磁存储器件及其形成方法。

技术领域

本申请的实施例涉及磁存储器件及其形成方法。

背景技术

磁随机存取存储器(MRAM)提供与易失性静态随机存取存储器(SRAM)相当的性能，并具有与易失性动态随机存取存储器(DRAM)相当的功耗。与非易失性存储器(NVM)闪存相比，MRAM提供了更快的访问时间，并且随时间经历最小的退化，而闪存只能重写有限的次数。MRAM的一种类型是自旋转移扭矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用至少部分由通过MTJ驱动的电流写入的磁隧道结(MTJ)。MRAM的另一种类型是自旋轨道扭矩(SOT)MRAM(SOT-MRAM)，其通常所需的开关电流比STT-MRAM低。

发明内容

本申请的实施例提供一种磁存储器件，包括：自旋霍尔电极(SHE)，所述SHE包括自旋霍尔金属；磁隧道结(MTJ)堆叠件，设置在所述SHE上方，所述MTJ包括与所述SHE接合的合成反铁磁自由层，所述合成反铁磁自由层包括第一磁层、第二磁层和插入在所述第一磁层和所述第二磁层之间的间隔层；第一导线，耦合至所述SHE的第一端；以及第二导线，耦合至所述SHE的第二端。

本申请的实施例提供一种磁存储器件，包括：自旋霍尔电极(SHE)；以及顶部钉扎的磁隧道结(MTJ)堆叠件，设置在所述SHE上方，所述MTJ堆叠件包括：间隔层，插入在所述MTJ堆叠件的第一自由层和所述MTJ堆叠件的第二自由层之间，所述第一自由层和第二自由层通过反铁磁配置而磁耦合，参考层结构，设置在所述第二自由层上方，以及阻挡层，插入在所述第二自由层和所述参考层结构之间。

本申请的实施例提供一种方法，包括：在互连件的层间电介质上沉积自旋霍尔金属层；沉积磁隧道结(MTJ)膜堆叠件的一系列的层，所述沉积包括：在所述自旋霍尔金属上方沉积合成反铁磁的自由层结构，在所述自由层结构上方沉积阻挡层，以及在所述阻挡层上沉积参考层结构；将所述MTJ膜堆叠件图案化成至少一个MTJ柱；以及对于所述至少一个MTJ柱中的每个，将所述自旋霍尔金属层图案化为自旋霍尔电极。

本申请的实施例提供了具有用于SOT-MRAM的合成自由层的磁隧道结。

附图说明

当结合附图阅读时，根据以下详细描述可以最好地理解本公开的各方面。注意，根据工业的标准实践，各种部件未按比例绘制。实际上，为了清楚起见，可以任意地增加或减小各种部件的尺寸。

图1-图3是根据一些实施例的SOT-MRAM单元的示意图。

图4A、图4B和图4C是根据各种实施例的MTJ膜堆叠件的示意图。

图5是根据一些实施例的SOT-MRAM器件的截面图。

图6至图21是根据一些实施例的用于形成SOT-MRAM器件的中间步骤。

图22是根据一些实施例的SOT-MRAM器件的截面图。

图23是根据一些实施例的SOT-MRAM器件的立体图。

图24是根据一些实施例的SOT-MRAM器件的电路图。

图25示出了根据一些实施例的SOT-MRAM单元的操作。

具体实施方式