磁性存储器装置及形成方法与流程

1.本公开内容的实施方案大体上涉及一种存储器装置。更具体地，本文描述的实施方案大体上涉及自旋轨道转矩式磁阻随机存取存储器(spin
‑
orbit torque magnetoresistive random
‑
access memory,sot
‑
mram)。


背景技术：

2.磁阻随机存取存储器(mram)是一种含有mram单元的阵列的存储器装置，mram单元使用其电阻值而非电荷来储存数据。通常，每个mram单元包括具有至少一个磁性储存层(自由层)和一个磁性参考层(钉扎层)的磁性隧道结(magnetic tunnel junction,mtj)结构。mtj结构可具有可调节的电阻来表示逻辑状态“0”或“1”，这是通过将磁性储存层的磁矩从相对于磁性参考层的磁矩的平行方向切换到相对于磁性参考层的磁矩的反平行(anti
‑
parallel)方向来实现的。mram可采用各种形式，诸如自旋转移力矩mram(stt
‑
mram)或sot
‑
mram。
3.传统上，在sot
‑
mram中，磁性储存层设置在自旋轨道转矩(sot)层上。由于sot层的强自旋轨道耦合，沿着sot层流动的电流会产生sot。mram单元的磁性储存通常由具有垂直于基板平面的磁矩的垂直磁各向异性(pma)材料制成。通过自旋轨道耦合而在磁性储存层中产生的自旋极化与pma磁性储存层的磁矩正交。因此，由于对称切换(用于将磁性储存层的磁矩从平行状态切换到反平行状态的自旋电流量与用于从反平行状态切换到平行状态的自旋电流量相等)，由sot层产生的sot无法切换pma磁性储存层的磁矩。需要一个或多个附加条件(诸如外部磁场或来自附加结构的自旋转移扭矩)以打破对称性并切换磁性储存层的磁矩。
4.因此，需要改进的sot
‑
mram。


技术实现要素：

5.本公开内容的实施方案大体上关于一种存储器装置。更具体地，本文描述的实施方案大体上关于sot
‑
mram。在一个实施方案中，一种存储器装置，包括：sot
‑
mram单元阵列，sot
‑
mram单元阵列具有磁性储存层和与磁性储存层并排设置并接触磁性储存层的第一引线。
6.在另一种实施方案中，一种存储器装置，包括：sot
‑
mram单元阵列，sot
‑
mram单元阵列具有接点(contact)；设置在接点上的磁性参考层；设置在磁性参考层上的阻挡层；设置在阻挡层上的磁性储存层；及与磁性储存层并排设置并接触磁性储存层的引线。
7.在另一个实施方案中，一种存储器装置，包括：sot
‑
mram单元阵列，具有第一引线；与第一引线并排设置并接触第一引线的磁性储存层；设置在第一引线及磁性储存层上的阻挡层；设置在阻挡层上的磁性参考层；及设置在磁性参考层上的第二引线。
附图说明
8.为了使上文描述的本共开内容的特征可被详细理解，可通过参考实施方案来获得简单概述于上的本公开内容的更具体的描述，一些实施方案绘示在附图中。然而，应注意附图仅显示示例性实施方案，且因此不应被认为是对本共开内容的范围的限制，并本公开内容可允许其他等效实施方案。
9.图1是存储器单元阵列的示意图。
10.图2是传统存储器单元的示意性透视图。
11.图3是存储器单元的示意性透视图。
12.图4a是图3所示的存储器单元的一部分的示意性俯视图。
13.图4b是图4a所示的存储器单元的该部分的示意性截面侧视图。
14.图5a是存储器单元的示意性俯视图。
15.图5b是图5a所示的存储器单元的示意性截面侧视图。
16.为了便于理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来表示图中共有的相同元件。可预期的是一个实施方案的元件和特征可有益地并入其他实施方案中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
17.本公开内容的实施方案大体上涉及一种储存装置。更具体地，本文描述的实施方案大体上涉及sot
‑
mram。sot
‑
mram包括具有磁性储存层的存储器单元，该磁性储存层与sot层并排设置并接触sot层。并排的磁性储存层和sot层可通过使流过sot层的电流的方向反转来实现磁性储存层的切换，而无需任何附加条件。
18.图1是存储器单元阵列100的示意图。存储器单元阵列100可以是sot
‑
mram单元和芯片架构的一部分。存储器单元阵列100包括多个第一引线104、多个第二引线106和多个存储器单元102。多个第一引线104可彼此基本平行，多个第二引线106可彼此基本平行，且每个第一引线104可基本上垂直于每个第二引线106。多个第一引线104可设置在多个第二引线106之上。多个第一引线104可以是位线(bit line)，且多个第二引线106可以是字线(word line)。图1中显示了四个第一引线104和四个第二引线106，但是存储器单元阵列100可包括多于四个的第一引线104和第二引线106。
19.图2是传统存储器单元202的示意性透视图。如图2所示，传统存储器单元202设置在第一引线204和第二引线206之间。传统存储器单元202包括设置在第二引线206上的磁性储存层208。
20.图3是存储器单元102的示意性透视图。如图3所示，存储器单元102与第一引线301和第二引线303接触。第二引线303由具有强自旋轨道耦合的材料(诸如金属或金属合金)制成。在一个示例中，第二引线303由铂、钽、钨、钯或铱制成。在另一个示例中，第二引线303由含有一种或多种金属(诸如铂、钽、钨、钯、钼、铜、金、银、钌、铱、锰、铋、锑、碲、铪、镁或硒)的金属合金制成。在一个示例中，第二引线303是sot层，且存储器单元102是sot
‑
mram单元。第一引线301由导电材料(诸如氮化钽、氮化钛、氮化钨或其他合适的材料)制成。在一个示例中，第一引线301由金属制成。第一引线301由与第二引线303的材料不同的材料制成。在一个示例中，第一引线301是图1所示的第一引线104，且第二引线303是图1所示的第二引线
106。
21.存储器单元102可包括磁性储存层302、阻挡层304和磁性参考层306。磁性储存层302、阻挡层304和磁性参考层306形成mtj。磁性储存层302和磁性参考层306由铁磁材料(诸如具有掺杂剂(诸如硼掺杂剂、氧掺杂剂或其他合适的材料)的金属合金)制成。金属合金可含有镍(ni)、铂(pt)、钌(ru)、钴(co)、铁(fe)、钽(ta)或钯(pd)。铁磁材料的合适示例包括ru、ta、co、pt、tan、nifeox、nifeb、cofeoxb、cofeb、cofe、nioxb、cobox、febox、cofenib、copt、copd、taox及类似者。在一个示例中，磁性储存层302和磁性参考层306由co、fe、ni或其合金制成。阻挡层304可由介电材料制成，以用于隧道结磁阻(tmr)感应器，或由导电材料制成，以用于巨磁阻(gmr)感应器。若存储器单元102是tmr感应器，则阻挡层304由mgo、hfo2、tio2、ta2o5、al2o3或其他合适的材料制成。若存储器单元102是gmr感应器，则阻挡层304由铜、银或其他合适的材料制成。
22.如图3所示，磁性储存层302与第二引线303并排设并及接触第二引线303。第二引线303具有面向第一引线301的第一表面308和连接到第一表面308的第二表面310。在一个示例中，第二表面310基本垂直于第一表面308。磁性储存层302具有与第二引线303的第二表面310接触的第一表面312。在一个示例中，第二表面310对应于第二引线303的厚度尺寸，且第二引线303以该厚度尺寸沉积或生长。如图3所示，第二引线303的至少两个表面308、310与存储器单元102接触。在一个示例中，存储器单元102是三端子sot
‑
mram存储器单元，且引线301、303连接至存取晶体管或连接至存取晶体管和二极管。
23.图4a是图3所示的存储器单元102的一部分的示意性俯视图，且图4b是沿着图4a所示的线a
‑
a的存储器单元102的该部分的示意性截面侧视图。如第4a和4b图所示，第二引线303和磁性储存层302在基板402上并排设置且彼此接触。基板402可包括在其上形成的一个或多个晶体管，且第二引线303和磁性储存层302可设置在介电材料(诸如氧化物，例如氧化硅)上。第二引线303和磁性储存层302可通过任何合适的方法来制造。在一个示例中，在基板402上形成毯覆层(blanket layer)。毯覆层由与磁性储存层302相同的材料制成。毯覆层接着被图案化以形成磁性储存层302。第二引线303接着沉积在基板402上。在另一个示例中，毯覆层形成在基板402上。毯覆层由与第二引线303相同的材料制成。毯覆层接着被图案化以形成第二引线303。磁性储存层302接着沉积在基板402上。
24.第二引线303包括第一表面308和基本垂直于第一表面308的第二表面310。磁性储存层302包括与第二引线303的第二表面310接触的第一表面312。磁性储存层302还包括连接到第一表面312的第二表面404，如图4b所示。在一个示例中，第二表面404基本垂直于第一表面312。第二表面404可面向第一引线301。在一个示例中，第二表面404与第二引线303的第一表面308基本共面，且诸如阻挡层304(如图3所示)的层可设置在两个表面308、404上。利用并排的磁性储存层302和第二引线303(sot层)，由第二引线303所产生的sot和磁性储存层302的磁矩都垂直于基板402，这可通过使流过第二引线303的电流的方向反转来实现磁性储存层302的切换，而无需任何附加条件。
25.图5a是根据另一实施方案的存储器单元102的一部分的示意性俯视图，且图5b是沿着图5a所示的线b－b的存储器单元102的该部分的示意性截面侧视图。如第5a和5b图所示，第二引线303和磁性储存层302并排设置且彼此接触。磁性储存层302包括在第二引线303下方延伸的部分504。第二引线303的第一表面308设置在磁性储存层302的部分504上并
与之接触。第二引线303的第二表面310与磁性储存层302的第一表面312接触。第二引线303的第二表面310相对于第二引线303的第一表面308形成角度a。在一个示例中，角度a为约90度。在另一个示例中，角度a为锐角。在又一个示例中，角度a为钝角。
26.磁性储存层302和第二引线303设置在阻挡层304之上，如图5b所示。磁性储存层302的第二表面404可与阻挡层304接触。阻挡层304设置在磁性参考层306上，且磁性参考层306设置在接点502上。在一个示例中，接点502是第一引线301。
27.利用并排的磁性储存层和sot层，由sot层产生的sot和磁性储存层的磁矩彼此平行，这可通过使流过sot层的电流的方向反转来实现磁性储存层的切换，而无需任何附加条件。
28.尽管前述内容涉及本公开内容的实施方案，但是在不背离本公开内容的基本范围的情况下，可设计本公开内容的其他和进一步的实施方案，且本公开内容的保护范围由随附的权利要求书确定。