使用外部铁磁偏置膜的压控磁各向异性切换装置制造方法及图纸

本公开的方面提供磁致电阻随机存取存储器(MRAM)装置及其制造方法。该MRAM装置一般包含：基板，设置在基板上的至少一个磁隧道结(MTJ)堆叠体，其中MTJ堆叠体包含在具有固定磁化的第一铁磁层与具有不固定磁化的第二铁磁层之间的隧道势垒层，以及设置为与第二铁磁层相邻的磁体。

【技术实现步骤摘要】

本公开的方面总体上涉及数据存储系统，并且更具体地，涉及使用外部铁磁偏置膜的压控磁各向异性(voltage-controlledmagneticanisotropyVCMA)切换装置。
技术介绍
现代电子装置越来越多地整合大量的固态存储器。电子行业不断寻求提供低功耗的更高密度的装置。磁存储器装置就其本性而言提供非易失性特性，并且作为下一代存储器类型正在吸引越来越多的关注。在磁盘驱动器中使用的磁介质中的更高存储位密度已经减小了磁位的尺寸(体积)。磁随机存取存储器(MRAM)提供快速存取时间、无限的读取/写入耐久性、抗辐射度和高存储密度。与传统的RAM芯片技术不同，MRAM数据不被存储为电荷，而是替代地由存储元件的磁极化存储。可以为相对于膜表面的平面内的或垂直的磁隧道结(MTJ)层结构的磁化，设计包含磁隧道结(MTJ)存储器元件的MRAM单元。元件由被薄绝缘层分隔的两个磁极化的板形成，其两个中的每一个可以维持磁极化场，并且其一起形成MTJ堆叠体。根据本公开的某些方面，图1是图示MTJ堆叠体100的例子的图。如图1中所示，两个板中的一个是设置为特定极性的永久磁体102(即具有固定磁化)；另一板106的极化将改变(即具有自由磁化)以匹配足够强的外部场的磁化。因此，单元具有允许单元充当非易失性存储器元件的两个稳定状态。可以从这样的单元的网格构建存储器装置。在芯片上的阵列中的MRAM单元通过金属字线和位线连接。每个存储单元连接到字线和位线。字线连接单元的行，而位线连接单元的列。典型地，互补金属氧化物半导体(CMOS)结构包含通过顶部或底部金属接触点电连接到MTJ堆叠体的选择晶体管。电流流动的方向在顶部或底部金属电极之间。通过测量单元的MTJ的电阻来实现读取MRAM单元的极化状态。传统地通过供电相关的晶体管选择特定的单元，所述相关的晶体管将来自电源线的电流切换穿过MTJ层到地。由于隧穿磁致电阻效应，其中通过隧穿势垒层104的电子的量子隧穿发生时，由于在MTJ的两个磁层中的极化的相对取向，单元的电阻变化。通过测量所得的电流，可以确定在任意特定单元内部的电阻，并且从此确定自由可写(自由)层的极性。如果两个层具有相同的极化，这被认为是意味着状态“0”，并且电阻为“低”。而如果两个层极化相反时，电阻将较高，并且这意味着状态“1”。使用各种技术将数据写入到单元。在传统MRAM中，外部磁场由接近单元的线中的电流提供，其足够强以对齐自由层。自旋转移扭矩(STT)MRAM使用自旋对齐(“极化”)的电子来直接施加扭矩于自由层的域。流入到自由层中的这种极化的电子施加足够的扭矩，以重新对齐(例如翻转)自由层的磁化。类似于其它类型的MRAM，磁致电阻RAM(MeRAM)使用隧穿磁致电阻(TMR)效应来在两端子存储器元件中读出磁致电阻。然而，信息的写入通过在隧道势垒层和自由层的界面处的VCMA执行，与流控(例如STT或自旋轨道扭矩，SOT)机制相反。在VCMA装置中，磁特性由电场的施加控制。VCMA装置基于纳米磁体的电场诱导的切换。MeRAM装置具有对功率消耗的显着降低的潜力。通过消除对操作装置的电流的需求，欧姆损耗显著降低，导致非常低的动态(即切换)能量消耗。除降低的功率消耗外，使用电场写入MeRAM在增强的位密度方面提供优势。特别地，当集成在电路中时，磁电写入不对存取装置(例如晶体管)造成基于电流驱动的尺寸限制，因此允许更小的整体单元面积。同时，MeRAM原则上保留STT-MRAM的所有关键优点，即高耐久性、高速度、抗辐射度和非易失性操作的可能性。相应地，存在对高密度和高能量效率的磁存储装置的需求。
技术实现思路
本公开的系统、方法和装置各自具有几个方面，其中没有任何单个方面单独地是其所需的属性的原因。不局限如由随后的权利要求表达的本公开的范围，现在将简要论述一些特征。在考虑此论述后，并且特别是在阅读标题为“具体实施方式”的部分之后，人们将理解本公开的特征如何提供优点，该优点包含在无线网络中的接入点和站之间的改进的通信。本公开的方面总体上涉及一种数据存储系统，并且更具体地，涉及一种使用外部铁磁偏置膜的VCMA切换装置。在一个方面，提供一种MRAM装置。MRAM装置总体上包含：基板，设置在基板上的至少一个MTJ堆叠体，其中MTJ堆叠体包含在具有固定磁化的第一铁磁层和具有不固定磁化的第二铁磁层之间的隧道势垒层，以及设置为与第二铁磁层相邻的磁体。在另一个方面，提供一种MRAM装置的制造方法。该方法总体上包含：在基板上形成至少一个MTJ堆叠体，其中MTJ堆叠体包含在具有固定磁化的第一铁磁层和具有不固定磁化的第二铁磁层之间的隧道势垒层，以及设置为与第二铁磁层相邻的磁体。在又一个方面，提供一种MRAM装置。该MRAM装置总体上包含：基板；设置在基板上的至少一个MTJ堆叠体，其中MTJ堆叠体包含在具有固定磁化的第一铁磁层和具有不固定磁化的第二铁磁层之间的隧道势垒层，在基板上形成的钝化层，其中钝化层填充MTJ之间的空间，以及设置在与第二铁磁层相邻的钝化层中的磁体，其中磁体包含铁磁偏置层，所述铁磁偏置层设置为水平地平行于基板，并且与第二铁磁层对齐，并且其中当施加偏置电压到MTJ堆叠体时，第二铁磁层的磁化从磁体围绕偏置场进动，使得当施加电场到时，MTJ堆叠体的磁极性翻转。为了实现前述和相关的目标，一个或多个方面包含在下文中充分描述并且在权利要求中特别指出的特征。下面的描述和附图详细阐述一个或多个方面的细节的某些说明性特征。然而，这些特征仅仅指示可采用各种方面的原理的各种方式中的少数，并且该描述旨在包含所有这样的方面及其等效方案。附图说明因此，可以详细理解本公开的以上引用的特征的方式，通过参考方面，进行以上简要总结的更特定的描述，方面中的一些被图示在附图中。然而应注意到，附图仅仅图示本公开的某些典型方面，并且因此不被视为局限其范围，因为描述可允许其它同等有效的方面。图1是图示根据本公开的某些方面的示例性MTJ堆叠体的图。图2是图示具有堆叠体内磁偏置层的示例性MTJ堆叠体的图。图3图示根据本公开的某些方面的调整能量势垒的磁场的应用。图4图示根据本公开的某些方面的通过施加电压切换磁极。图5是图示用于使用堆叠体内偏置场对于垂直MTJ装置进行VCAM驱动的写入和TMR读出的示例的图。图6是图示根据本公开的某些方面的制造MRAM装置的示例性操作的框图。图7是图示根据本公开的某些方面的具有MTJ堆叠体和外部磁偏置层的示例性MRAM装置的图。为了便于理解，在可能情况下，使用了相同的附图标记来指定附图中共同的相同元件。应预期，在未具体详述的情况下，在一个方面公开的元件可以被有利地用在其它方面。具体实施方式下文中参照附图更充分地描述本公开的各种方面。然而，本公开可以许多不同的形式来体现，并且不应当被解释为局限于本公开全文呈现的任何具体结构或功能。相反，提供这些方面使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。基于本文的教导，本领域技术人员应当理解本公开的范围旨在覆盖本文公开的本公开的任何方面，无论是独立实现还是与本公开的任何其它方面结合实现。例如，使用本文阐述的任何数量的方面，可实现装置或者可实施方法。另外，本公开的范围旨在覆盖使用其它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致电阻随机存取存储器(MRAM)装置，包含：基板；设置在所述基板上的至少一个磁隧道结(MTJ)堆叠体，其中所述磁隧道结堆叠体包含在具有固定磁化的第一铁磁层与具有不固定磁化的第二铁磁层之间的隧道势垒层；以及设置为与所述第二铁磁层相邻的磁体。

【技术特征摘要】
2015.06.02 US 14/728,7881.一种磁致电阻随机存取存储器(MRAM)装置，包含：基板；设置在所述基板上的至少一个磁隧道结(MTJ)堆叠体，其中所述磁隧道结堆叠体包含在具有固定磁化的第一铁磁层与具有不固定磁化的第二铁磁层之间的隧道势垒层；以及设置为与所述第二铁磁层相邻的磁体。2.如权利要求1所述的磁致电阻随机存取存储器装置，其中所述磁体包含铁磁偏置层，所述铁磁偏置层形成为水平地平行于所述基板，并且与所述第二铁磁层对齐。3.如权利要求1所述的磁致电阻随机存取存储器装置，其中所述磁体包含硬铁磁层或被反铁磁体钉扎的软铁磁层。4.如权利要求3所述的磁致电阻随机存取存储器装置，其中所述硬铁磁层包含CoPt，并且所述软铁磁层包含NiFe。5.如权利要求1所述的磁致电阻随机存取存储器装置，其中所述磁致电阻随机存取存储器装置还包含在所述基板上形成的钝化层，并且其中所述磁体设置在所述钝化层中。6.如权利要求2所述的磁致电阻随机存取存储器装置，其中所述磁致电阻随机存取存储器装置还包含在所述基板上形成的钝化层，并且其中所述磁体设置在所述钝化层中。7.如权利要求1所述的磁致电阻随机存取存储器装置，其中所述第一铁磁层和所述第二铁磁层包含CoFeB层。8.如权利要求1所述的磁致电阻随机存取存储器装置，其中所述隧道势垒层包含MgO层。9.一种磁致电阻随机存取存储器(MRAM)装置的制造方法，包含：在基板上形成至少一个磁隧道结(MTJ)堆叠体，其中所述磁隧道结堆叠体包含在具有固定磁化的第一铁磁层和具有不固定磁化的第二铁磁层之间的隧道势垒层；以及设置与所述第二铁磁层相邻的磁体。10.如权利要求9所述的方法，其中所述磁体包含：铁磁偏置...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·凯坦，
申请(专利权)人：HGST荷兰公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL