[发明专利]具有偏移单元的垂直自旋转移扭矩存储器(STTM)器件及其形成方法

说明书

技术领域

本发明的实施例属于存储器器件领域，具体而言，属于具有偏移单元的垂直自旋转移扭矩存储器(STTM)器件和制造具有偏移单元的垂直STTM器件的方法。

背景技术

过去几十年间，集成电路中特征的缩放已经是不断增长的半导体产业的驱动力。缩放到越来越小的特征能够实现半导体芯片有限的面积上功能单元的增大的密度。例如，缩放晶体管尺寸容许在芯片上并入增加数量的存储器器件，导致制造具有更大能力的产品。然而，对越来越大能力的驱动并非没有问题。优化每个器件的性能的必要性变得越来越重要。

自旋扭矩器件的工作基于自旋转移扭矩现象。如果使电子电流通过被称为固定磁性层的磁化层，其在离开时会发生自旋极化。在快速行进隧穿过程的每一个合格电子通过电介质层时，其自旋(其被称为电子的“本征”角动量)将影响被称为自由磁性层的下一磁性层中的磁化，导致小的变化。通过角动量守恒原理，这引起扭矩导致的磁化的进动。由于电子的反射，扭矩还被施加到相关联的固定磁性层(但是磁性层是“钉扎的(pinned)”)的磁化上。最后，如果电流超过一定临界值(由磁性材料及其环境导致的阻尼给出)，则将由通常小于大约10纳秒的电流脉冲切换自由磁性层的磁化。固定磁性层的磁化应保持不变，因为由于几何结构或由于相邻反铁磁性层，相关联的电流在其阈值以下。

自旋转移扭矩可以用于翻转(flip)磁性随机存取存储器中的有源元件。自旋转移扭矩存储器或STTM相对于使用磁场翻转有源元件的常规磁性随机存取存储器(MRAM)具有更低的功率消耗和更好的可缩放性的优点。然而，在STTM器件的制造和使用领域中仍然需要显著的改进。

附图说明

图1A是示出由于缩放STTM阵列中的单元接近度而引起的对磁场的影响的曲线图。

图1B是示出由于缩放STTM阵列中的单元接近度而引起的对所需电流的影响的曲线图。

图2A示出了垂直STTM器件的常规阵列的截面图。

图2B示出了根据本发明的实施例的垂直STTM器件构成的错位阵列或偏移阵列的截面图。

图3A-3I示出了根据本发明的实施例的制造垂直STTM器件的阵列的方法的各个操作的截面图。

图4A-4H示出了根据本发明的另一个实施例的制造垂直STTM器件的阵列的另一种方法的各个操作的截面图。

图5示出了根据本发明的实施例的用于垂直自旋转移扭矩存储器(STTM)器件的材料层叠置体的截面图

图6示出了根据本发明的实施例的包括自旋转移扭矩元件的自旋转移扭矩存储器位单元的示意图。

图7示出了根据本发明的实施例的电子系统的框图。

图8示出了根据本发明的一种实施方式的计算装置。

具体实施方式

描述了具有偏移单元的垂直自旋转移扭矩存储器(STTM)器件和制造具有增强稳定性的垂直STTM器件的方法。在以下描述中，阐述了很多特定细节，诸如特定的磁性层集成和材料域(regime)，以便提供对本发明的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以无需这些特定细节来实施本发明的实施例。在其它情况下，未详细描述公知的特征，诸如集成电路设计布局，以免不必要地使本发明的实施例模糊不清。此外，应当理解的是，图中所示的各个实施例是示例性表示，未必是按比例绘制的。

本文所描述的一个或多个实施例针对用于对垂直STTM系统进行缩放的偏移存储器器件。应用可以包括在嵌入式存储器、嵌入式非易失性存储器(NVM)、磁性随机存取存储器(MRAM)、磁性隧穿结(MTJ)器件、NVM、垂直MTJ、STTM和非嵌入式存储器或独立存储器中的使用。在实施例中，通过使STTM器件的阵列内的相邻单元垂直位错实现垂直STTM器件内的稳定性，如下文更详细地描述的。

一个或多个实施例针对用于防止或减缓“串扰”(诸如来自STTM阵列中的边缘场)的方法，并且另外涉及提高这种阵列的封装密度。随着STTM缩放到越来越小的尺寸，还通常会因循守旧地缩放各个存储器单元之间的间隔。在某一点上(例如，在某一技术节点上)，单元之间的间隔变得很小，使得来自一个存储器器件的边缘磁场能够影响其邻居的行为，导致降低的寿命和增大的开关电流阈值。