[发明专利]具有减小的开关电流的垂直磁性存储器

说明书

实施例包括一种装置，所述装置包括：衬底；以及包括固定层以及第一和第二自由层的垂直磁性隧道结(pMTJ)；其中(a)第一自由层包括钴(Co)、铁(Fe)和硼(B)，并且(b)第二自由层是外延的并且包括锰(Mn)和镓(Ga)。本文描述了其它实施例。

技术领域

本发明的实施例属于半导体器件领域，并且具体而言属于磁性存储器领域。

背景技术

如美国专利申请公布2015/0091110中所描述的，集成电路中特征的缩放是日益增长的半导体工业背后的驱动力。缩放到越来越小的特征实现了功能单元在半导体芯片的有限基板面上增大的密度。例如，收缩晶体管尺寸允许在芯片上并入增大数量的存储器器件，从而制造出具有增大容量的产品。然而，对于不断增大的容量的驱动并非没有问题。优化每一个器件的性能的必要性变得越来越重要。

自旋力矩器件的操作基于自旋转移矩的现象。如果电流通过被称为固定磁性层的磁化层，则来自磁化层的电流输出将被自旋极化。随着每个电子的通过，其自旋(角动量)将被转移到被称为自由磁性层的下一个磁性层中的磁化，并且将导致其磁化的小变化。这实际上是一个由转矩引起的磁化进动。由于电子的反射，转矩也被施加在相关联的固定磁性层的磁化上。最后，如果电流超过某一临界值(这是由磁性材料及其环境引起的衰减的函数)，则自由磁性层的磁化将通过电流脉冲来切换，通常在约1-10纳秒中。固定磁性层的磁化可以保持不变，因为相关联的电流由于几何形状或由于相邻的硬磁性层而在其阈值以下。

自旋转移矩可以用于倒装磁性随机存取存储器中的有源元件。自旋转移矩存储器(STTM)具有比使用磁场来翻转有源元件的常规磁性随机存取存储器(MRAM)更低的功耗和更好的可缩放性的优点。

附图说明

根据所附权利要求、一个或多个示例性实施例的以下具体实施方式以及对应的附图，本发明的实施例的特征和优点将变得显而易见。在认为适当的情况下，图中已经重复了附图标记以指示对应或相似的元件。

图1包括本发明的实施例中的STTM叠置体；

图2包括本发明的实施例中的STTM叠置体。叠置体200包括扩散/晶体阻挡层209；

图3包括本发明的实施例中的“反向”STTM叠置体。叠置体300不包括自由层303、304之间的扩散/晶体阻挡层；

图4包括本发明的实施例中的“反向”STTM叠置体。叠置体400包括自由层403、405之间的扩散/晶体阻挡层404；以及

图5包括存储器单元，其中包括本发明的实施例。

具体实施方式

现在将参考附图，其中相似的结构可以提供有相似后缀的附图标记。为了更清楚地示出各种实施例的结构，本文包括的附图是半导体/电路结构的示意图。因此，制造的集成电路结构的实际外观，例如在显微照片中，可能看起来不同，同时仍然包含所示实施例的所要求保护的结构。此外，附图可以仅示出对于理解所示实施例有用的结构。为了保持附图的清楚，可以不包括本领域已知的附加结构。例如，不一定显示半导体器件的每个层。“实施例”、“各种实施例”等指示如此描述的(多个)实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是并不是每个实施例都必须包括特定特征、结构或特性。一些实施例可以具有针对其它实施例描述的特征中的一些或全部或者不具有所述特征。“第一”、“第二”，“第三”等描述了共同的对象，并指示类似对象的不同实例被引用。这样的形容词并非旨在暗示如此描述的对象必须在时间、空间、排序上或者以任何其它方式处于给定的顺序中。“连接”可以指示元件彼此直接物理或电接触，并且“耦合”可以指示元件彼此协作或相互作用，但它们可以是或可以不是直接物理或电接触。