[发明专利]垂直混合自旋扭矩转换(STT)和自旋轨道扭矩(SOT)磁随机存取存储器的共享源极线架构

说明书

本发明题为“垂直混合自旋扭矩转换(STT)和自旋轨道扭矩(SOT)磁随机存取存储器的共享源极线架构”。本公开涉及一种混合自旋转换扭矩(STT)和自旋轨道扭矩(SOT)磁随机存取存储器(MRAM)。所述混合STT‑SOT MRAM的单元具有磁隧道结(MTJ)，所述磁隧道结具有其磁化垂直于衬底的平面取向的一些铁磁多层，和其磁化在所述衬底的所述平面内对齐的一些铁磁多层。架构导致高密度存储器。所述混合STT‑SOT MRAM降低编程电流密度，同时具有高切换速度、更高的热稳定性。

背景技术

技术领域

本公开的实施方案整体涉及混合自旋轨道扭矩(SOT)和自旋扭矩转换(STT)磁随机存取存储器(MRAM)设备。

相关技术的描述

MRAM技术提供非易失性和快速响应时间，但MRAM存储器单元在可扩展性方面受到限制并且易受写入干扰的影响。用于在MRAM磁层上的高电阻状态和低电阻状态之间切换的编程电流通常很高。因此，当多个单元布置在MRAM阵列中时，指向一个存储器单元的编程电流可引起相邻单元的自由层中的场变化。写入干扰的可能性，也称为“半选择问题”，能够使用STT技术来解决。

基于MRAM的磁隧道结(MTJ)存储设备是用以解决“半选择问题”的最令人关注的候选者之一。STT-MRAM受到许多关注，因为STT-MRAM是非易失性的、可扩展的并且具有低读取访问时间。在STT-MRAM中，切换过程通过在编程期间在MTJ上施加自旋极化电流来发生。与磁场切换MRAM相比，STT-MRAM具有显著优势。与磁场切换MRAM相关联的主要障碍是复杂的单元架构，高写入电流和差的可扩展性。磁场切换MRAM无法扩展超出65nm过程节点。此类设备的差的可扩展性是现场写入方法所固有的。然而，当在MTJ上施加自旋极化电流时，它能够对于STT-MRAM产生一些可靠性问题。

为了进一步缓解上述问题，已经提出了SOT-MRAM。与STT-MRAM的两端概念相比，SOT-MRAM使用基于三端MTJ的概念来隔离读取和写入路径。因此，SOT-MRAM芯片能够显著改善读取稳定性。此外，写入电流能够低得多，而写入访问能够快得多，因为写入路径能够独立优化。尽管如此，一般来讲，SOT-MRAM具有大的单元尺寸和差的写入选择性，因为SOT-MRAM设备能够在写入操作期间覆盖许多未选择的单元。

因此，需要的是具有良好可扩展性、良好写入访问、低写入电流和低读取访问时间的MRAM设备。

附图说明

因此，通过参考实施方案，可以获得详细理解本公开的上述特征的方式、本公开的更具体描述、上述简要概述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方案并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施方案。

图1是存储器阵列的示意图。

图2是存储器单元的示意图。

图3A至图3D是根据各种实施方案的混合STT-SOT MRAM设备的示意性等轴图。

图4A和图4B是根据各种实施方案的混合STT-SOT MRAM阵列的示意图。

图4C是混合STT-SOT MRAM阵列的电路布局的示意图。

图5A和图5B是根据各种实施方案的混合STT-SOT MRAM设备的示意性横截面图。

图6是根据一个实施方案的混合STT-SOT MRAM阵列布局的示意图。

为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。可以设想是，在一个实施方案中公开的元件可以有利地用于其他实施方案而无需具体叙述。

具体实施方式