平面式磁化自旋轨道磁性组件制造技术

本发明专利技术提供一种平面式自旋轨道磁性组件。此平面式自旋轨道磁性组件包括重金属层、反铁磁层以及磁穿隧接面。反铁磁层设置于重金属层上，且磁穿隧接面设置于反铁磁层上。磁穿隧接面包括自由层、阻障层以及固定层。阻障层设置于自由层上，固定层设置于阻障层上。自由层的膜面形状为圆角矩形。膜面形状为圆角矩形。膜面形状为圆角矩形。

【技术实现步骤摘要】
平面式磁化自旋轨道磁性组件


[0001]本专利技术涉及一种平面式磁化自旋轨道磁性组件。

技术介绍

[0002]磁内存(Magnetic Random Access Memory,MRAM)具有速度快、低耗能、高密度、非挥发性，和几乎可无限次读写的优势，被预测为是下一世代内存的主流。磁内存中存储元件的主要结构是由铁磁/非磁性金属/铁磁三层材料的固定层(Pinned Layer)、穿隧阻障层(Tunneling Barrier Layer)及磁性材料的自由层(Free Layer)所堆栈组成的堆栈结构。此种堆栈结构可被称为磁穿隧接面(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)组件。由于写入电流仅通过被选择的磁穿隧接面组件，而磁化翻转取决于写入电流的强度以及外部磁场的强度，因此在磁穿隧接面组件微缩之后反而有利于写入电流的下降，理论上将能够同时解决提升写入选择性以及降低写入电流的问题。
[0003]以自旋轨道力矩(Spin
‑
Orbit
‑
Torque,SOT)机制来进行读写的磁穿隧接面组件可以区分为平面式MTJ组件(In
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plane MTJ)以及垂直式MTJ组件(Perpendicular MTJ)。若利用自旋轨道力矩的机制来实现磁内存结构的话，可更为提升操作速度及写入可靠度。SOT在平面式MTJ组件中的翻转机制为，将写入电流通入以铁磁材料形成的重金属层。重金属层将因为自旋霍尔效应以及外部磁场而产生自旋转移力矩(Spin Transfer Torque,STT)。此外，写入电流在经过材料接口处的垂直电场以及外部磁场后将会产生拉什巴力矩(Rashba Torque,RT)。由于STT以及RT这两种力矩皆与写入电流的方向垂直且平行于膜面，因此这两种力矩将会相互加总而成为SOT。因此，在与磁矩垂直的膜面上的铁磁材料施加磁场的话，可产生SOT而使得铁磁层的磁矩翻转，达成写入存储元件的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提出一种平面式自旋轨道磁性组件。此平面式自旋轨道磁性组件包括重金属层、反铁磁层以及磁穿隧接面。反铁磁层设置于重金属层上，磁穿隧接面设置于反铁磁层上。磁穿隧接面包括自由层、阻障层以及固定层。阻障层设置于自由层上。固定层设置于阻障层上。自由层的膜面形状为圆角矩形。
[0005]本专利技术实施例提出一种平面式自旋轨道磁性组件。此平面式自旋轨道磁性组件包括重金属层、反铁磁层、磁穿隧接面、第一通孔、第二通孔、第一下电极以及第二下电极。反铁磁层设置于重金属层上，磁穿隧接面设置于反铁磁层上。第一通孔以及第二通孔设置于重金属层之下。第一下电极藉由第一通孔耦接至重金属层，第二下电极藉由第二通孔耦接至重金属层。磁穿隧接面包括自由层、阻障层以及固定层。阻障层设置于自由层上。固定层设置于阻障层上。固定层的膜面形状为椭圆形。第一通孔以及第二通孔间于膜面平面上的连线与固定层膜面形状中椭圆形的短轴方向具备第一夹角，其中第一夹角不为零度，或，自由层的长边方向与固定层膜面形状中椭圆形的长轴方向具备第二夹角，且此第二夹角不为直角。
附图说明
[0006]图1是一种平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构示意图。
[0007]图2是本专利技术第一实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构示意图。
[0008]图3是本专利技术第一实施例中反铁磁层厚度与热稳定性间的关系示意图。
[0009]图4是本专利技术第二实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构示意图。
[0010]图5是本专利技术第二之一实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构上视图。
[0011]图6是本专利技术第二实施例中采用圆角矩形对于磁矩的影响的关系示意图。
[0012]图7是本专利技术第二之二实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构上视图。
[0013]图8是本专利技术第二之三实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构上视图。
[0014]图9是本专利技术第三实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构示意图。
[0015]图10是本专利技术第三之一实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构上视图。
[0016]图11是本专利技术第三之二实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构上视图。
[0017]图12是本专利技术第三之二实施例中通孔间于膜面平面上的连线与椭圆形的短轴方向之间的夹角对应切换电流密度的关系示意图。
[0018]图13是本专利技术第三之二实施例中平面式磁化自旋轨道磁性组件的结构上视图。
[0019]图14是本专利技术第三之三实施例中通孔间于膜面平面上的连线与椭圆形的短轴方向之间的夹角对应切换电流密度的关系示意图。
[0020]附图标记说明：
[0021]100、200、400、400
‑
1、400
‑
2、900、900
‑
1、900
‑
2：平面式磁化自旋轨道磁性组件；
[0022]110：重金属层；
[0023]120：磁穿隧接面；
[0024]121：覆盖层；
[0025]122：固定层；
[0026]123：阻障层；
[0027]124：自由层；
[0028]140：上电极；
[0029]230：反铁磁层；
[0030]340：第一通孔；
[0031]341：第二通孔；
[0032]350：第一下电极；
[0033]351：第二下电极；
[0034]AG1、AG2、AG3：膜面形状；
[0035]A1、A2、A3：膜面面积；
[0036]L1、L2：线段；
[0037]S、s/2、Δw/2：距离；
[0038]M
free
：自由层的磁矩向量；
[0039]H
EB,AFM
：反铁磁层的交换场向量；
[0040]M
pin
：固定层的磁矩向量；
[0041]EL：输入电流；
[0042]T
SOT
：磁矩；
[0043]t
AFM
：反铁磁层厚度；
[0044]TSB：热稳定性；
[0045]L、L+s：圆角矩形的长度；
[0046]W、W+Δw：圆角矩形的宽度；
[0047]r：圆角半径；
[0048]L5v00、L5v01、L5v03、L5vE：曲线；
[0049]X：X轴；
[0050]Y：Y轴；
[0051]Z：Z轴；
[0052]Ф、θ：夹角
具体实施方式
[0053]现将详细地参考本专利技术的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
[0054]本实施例在重金属层与磁穿隧接面之间增设反铁磁层，从而增加磁性组件中自由层进行翻转时的热稳定性；将自由层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平面式自旋轨道磁性组件，包括：重金属层；反铁磁层，设置于所述重金属层上；以及磁穿隧接面，设置于所述反铁磁层上，其中所述磁穿隧接面包括：自由层；阻障层，设置于所述自由层上；以及固定层，设置于所述阻障层上，其中，所述自由层的膜面形状为圆角矩形。2.根据权利要求1所述的平面式自旋轨道磁性组件，其中所述固定层的膜面形状为椭圆形，且所述椭圆形的膜面面积小于所述圆角矩形的膜面面积。3.根据权利要求2所述的平面式自旋轨道磁性组件，其中所述阻障层、所述自由层以及所述反铁磁层的膜面形状为所述圆角矩形。4.如权利要求3所述的平面式自旋轨道磁性组件，更包括：覆盖层，设置于所述固定层上，其中所述覆盖层以及所述固定层的膜面形状为所述椭圆形。5.如权利要求3所述的平面式自旋轨道磁性组件，更包括：上电极，设置于所述覆盖层上。6.如权利要求1所述的平面式自旋轨道磁性组件，其中所述反铁磁层的膜面形状与所述自由层的膜面形状相同。7.如权利要求3所述的平面式自旋轨道磁性组件，其中所述重金属层的膜面形状为直角矩形或圆角矩形，其中所述直角矩形或所述圆角矩形的膜面面积大于所述椭圆形的膜面面积。8.如权利要求2所述的平面式自旋轨道磁性组件，更包括：第一通孔以及第二通孔，设置于所述重金属层之下；第一下电极，藉由所述第一通孔耦接至所述重金属层；以及第二下电极，藉由所述第二通孔耦接至所述重金属层，其中所述第一通孔以及所述第二通孔间于膜面平面上的连线与所述固定层膜面形状中所述椭圆形的短轴方向具备夹角，或，所述自由层的长边方向与所述固定层膜面形状中所述椭圆形的长轴方向具备所述夹角，其中所述夹角不为零度。9.如权利要求1所述的平面式磁化自旋轨道磁性组件，其中所述固定层的材料为具有平面式磁矩的铁磁材料，所述固定层的磁矩向量为平行于膜面而排列。10.如权利要求1所述的平面式磁化自旋轨道磁性组件，其中用于制造所述平面式磁化自旋轨道磁性组件的半导体制程中对于所述固定层的退火方向与所述固定层的膜面形状的长轴方向相同。11.如权利要求1所述的平面式磁化自旋轨道磁性组件，其中所述自由层的材料为具有水平异相性的铁磁材料，所述自由层的磁矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣翰，魏拯华，王艺蓉，杨姗意，张耀仁，陈芳名，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：