[发明专利]具有层压自由层的自旋转移转矩隧道磁阻装置

说明书

一种自旋转移转矩磁结包含具有垂直于衬底平面的磁各向异性的磁性基准层结构。层压磁性自由层包括至少三个子层(例如，CoFeB、CoPt、FePt或CoPd的6埃至30埃的子层)，所述至少三个子层具有垂直于所述衬底平面的磁各向异性。每个此类子层通过钽除尘层与相邻子层分离。绝缘阻挡层(例如，MgO)设置在层压自由层和磁性基准层结构之间。自旋转移转矩磁结包括导电基电极和导电顶电极，以及具有平行于衬底平面的磁各向异性的电流极化结构。在某些实施例中，电流极化结构也可以包括非磁性分隔层(例如，MgO、铜等)。

技术领域

信息存储装置以高容量制造并广泛地用于将数据存储在计算机和其他消费电子装置中和/或检索计算机和其他消费电子装置内的数据。信息存储装置可以分类成易失性存储装置或非易失性存储装置，这取决于当信息存储装置未供电时是否维持其存储内容。非易失性信息存储装置的示例包含磁性硬盘驱动器和磁性随机存取存储器(MRAM) 装置，其中的任一个都可以利用磁阻隧道结(MTJ)作为信息存储或检索操作的一部分。具体地，鉴于易失性随机存取存储器(RAM)装置通常存储数据作为电荷，MRAM装置可以将数据存储在MTJ中，甚至当存储器装置未供电时MTJ也会维持存储内容。

背景技术

通常，每个MTJ包含具有被钉扎或固定的磁取向的基准层和具有可以由(例如，来自于相邻盘或由编程电流产生的)外部磁场改变的磁取向的自由层。当自由层磁取向平行于基准层磁取向时，所述MTJ 处于低电阻状态，并且当自由层磁取向逆平行于基准层磁取向时，所述MTJ处于高电阻状态。如果(用可接受的切换速度)在高电阻状态和低电阻状态之间切换期望的MTJ所需的外部磁场和/或编程电流太大，或者如果MTJ被布置得太紧密地在一起，则一个或多个相邻MTJ 可以不合意地受影响或被意外地切换。

发明内容

近年来，已有许多关于MTJ被授予专利的变化和改善，其中一些帮助缓解前述问题以当MTJ被布置得紧靠彼此时允许更可靠的操作。例如，已经研究一种自旋转移转矩磁性随机存取存储器 (STT-MRAM)，其中每个MTJ通过经过MTJ的自旋极化电流的施加进行切换(即“编程”)。STT-MRAM相对于磁场切换的MRAM 具有显著优点，这已在近来被商业化。例如，STT-MRAM可以被缩放到更小尺寸，同时维持单个MTJ的可编程性(而没有无心地和不期望地影响相邻MTJ的编程)。此外，STT-MRAM可以用更少的编程电流编程，这减少了电力消耗和对散热的相关联要求。

然而，实施STT-MRAM的挑战之一是最小化快速切换MTJ内自由层的磁取向所需的编程电流，同时维持所记录的数据的高热稳定性。减小的编程电流可以允许使用更小的存储器单元晶体管，这可以充分减小所并入的存储器装置的整体尺寸。减小的编程电流要求也对应于在写入和感测期间MTJ两端的减小的电压，这可以降低隧道势垒劣化和击穿的可能性，且从而改善所并入的存储器装置的耐久性和可靠性。

因此，在本领域中需要一种改进的MTJ，其可以使用减少的编程电流与可接受的热稳定性快速地且可靠地切换并且其适合于高容量制造和在缩减比例的数据存储装置中的广泛耐久使用。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的能够通过并入自旋转移转矩MTJ改进的常规MRAM单元的示意图。

图2是根据本发明的某些实施例的自旋转移转矩MTJ的横截面图。

图3是根据本发明的某些实施例的自旋转移转矩MTJ的横截面图。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的能够与常规自旋转移转矩MTJ一起操作或者能够通过并入自旋转移转矩MTJ改进的常规MRAM单元50 的示意图。