[发明专利]利用保护性侧壁钝化的磁性元件

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及磁性元件装置。更具体来说，本发明的实施例涉及包括用于与其它芯片上元件隔离的钝化层的磁性元件。

背景技术

磁电子装置(还被称作自旋电子装置)用于众多信息技术中，且针对非易失性的、可靠的、抗辐射的且高密度的数据存储和检索而提供。磁电子装置的实例包括(但不限于)磁性随机存取存储器(MRAM)、磁性传感器和磁盘驱动器的读取/写入头。

通常，例如磁性存储器元件的磁电子装置具有包括由至少一个非磁性层分离的多个铁磁性层的结构。信息作为磁化向量在磁性层中的方向而存储于磁性存储器元件中。一个磁性层中的磁化向量(例如)经磁性固定或栓定，而另一磁性层的磁化方向在分别称作“平行”状态与“反向平行”状态的相同方向与相反方向之间自由切换。响应于平行状态和反向平行状态，磁性存储器元件表示两个不同电阻。电阻在两个磁性层的磁化向量在大体上相同的方向上指向时具有最小值，且在所述两个磁性层的磁化向量在大体上相反方向上指向时具有最大值。因此，对电阻的改变的检测允许例如MRAM装置等装置检测存储于磁性存储器元件中的信息。

图1A和图1B分别说明处于平行状态和反向平行状态中的被称为磁性隧道结元件的一类型的磁性存储器元件。

如图示，磁性隧道结(MTJ)元件100可由被绝缘(隧道势垒)层120分离的两个磁性层110和130形成，所述磁性层中的每一者可保持一磁场。所述两个层中的一者(例如，固定层110)被设定成特定极性。另一层(例如，自由层130)的极性132自由改变以与可施加的外部磁场的极性匹配。所述自由层130的极性132的改变将改变所述MTJ元件100的电阻。举例来说，当所述极性对准时(图1A)，存在低电阻状态。当所述极性未对准时(图1B)，存在高电阻状态。已简化MTJ 100的说明，且所属领域的技术人员应了解，所说明的每一层可包含一个或一个以上材料层，如此项技术中已知。

与将数据作为电荷或电流存储的常规RAM技术相比，MRAM使用例如MTJ 100的磁性元件以磁性方式存储信息。MRAM具有使其成为通用存储器的候选者的若干理想特性，例如，高速度、高密度(即，较小的位单元大小)、低电力消耗和不随时间降级。然而，MRAM具有缩放性问题。具体来说，随着位单元变小，用于切换存储器状态的磁场增大。因此，电流密度和电力消耗增大以提供较高磁场，因此限制MRAM的缩放性。

与常规MRAM不同，自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用在电子通过薄膜(自旋过滤器)时变得自旋极化的电子。STT-MRAM还被称为自旋转移力矩RAM(STT-RAM)、自旋力矩转移磁化切换RAM(自旋RAM)和自旋动量转移RAM(SMT-RAM)。在写入操作期间，自旋极化的电子向自由层施加力矩，其可切换所述自由层的极性。读取操作与常规MRAM相似处在于：使用电流来检测MTJ存储元件的电阻/逻辑状态，如上文所论述。如图2A中所说明，STT-MRAM位单元200包括MTJ 205、晶体管210、位线220和字线230。所述晶体管210针对读取操作和写入操作两者接通以允许电流流过MTJ 205，以使得逻辑状态可被读取或写入。