[发明专利]具有更强健读/写效能的自旋力矩转移磁性随机存取存储器散热器及磁性屏蔽结构设计

说明书

封装整合多个MTJ接面的STT‑MRAM装置以其能消散由重复读/写程序产生的热量且同时屏蔽邻近装置的外部磁场。另外，可建构封装层以降低已证明会影响DR/R及Hc的顶部引线应力。我们提供一种可同时解决所有此些问题的装置设计及其制备方法。

技术领域

本公开通常涉及磁性存储装置，具体而言涉及STT-MRAM(自旋力矩转移-磁性随机存取存储器)装置及改良其热稳定性的方法。

背景技术

STT-MRAM正在成为越来越有希望用于替换嵌入式快闪存储器及嵌入式SRAM(静态随机存取存储器)的下一代非挥发性工作存储器(non-volatile working memory)的候选者。然而，将此技术缩减至20nm(纳米)尺寸及更小尺寸存在挑战。此一挑战增强了较小MTJ(磁性穿隧接面)装置的热稳定性，MTJ装置是MRAM中使用的一种类型的存储单元。研究已报导在读/写循环期间发生的MTJ接面的自加热(参见例如，2012年3月S.Chatterjee、S.Salahuddin、S.Kumar及S.Mukhopadhyay的IEEE Transactions on Electron Device第59卷第3期；2016年4月Y.Wang、H.Cai、L.Naviner、Y.Zhang、X.Zhao、E.Deng、J.Klein及W.Zhao的IEEE Transaction on Electron Device第63卷第4期；W.Guo、G.Prenat、V.Javerliac、M.Baraji、N.Mestier、C.Baraduc、B.Dieny的Journal of Physics D:Applied Physics,IOP,2010,43(21)第215001页。)

随着读/写速度及图案密度两者增加，预期自加热将成为一更大问题。一方面，自加热可帮助降低开关电流，但另一方面，自加热亦可降低装置热稳定性及甚至装置可靠性。STT-MRAM的另一挑战是由来自邻近装置的杂散磁场引起的开关干扰。在现有技术中(例如，在所有以下专利中)已考量与STT-MRAM操作有关的此些及其他问题，诸如非期望应力：

美国专利20150091109(Allinger等人)

美国专利9,024,399(Guo)

美国专利7,262,069(Chung等人)

美国专利申请案2007/0058422(Phillips等人)

美国专利8,194,436(Fukami等人)

美国专利9,081,669(Tadepalli等人)

美国专利8,125,057(Bonin等人)

美国专利7,829,980(Molla等人)

美国专利申请案2006/0273418(Chung等人)。

确实期望有效地解决自加热、热稳定性、应力及开关干扰的问题。若可以一组合且有效的方式解决此些问题，则将更加有利。尽管上述现有技术已论述此些问题，但其未以如本公开中的全面、可行且有效的方式解决此些问题。

发明内容

本公开的第一目的是提供一种保护STT-MRAM装置免受不利热效应(诸如起因于由读/写操作引发的自加热的彼等热效应)的方法。

本公开的第二目的是提供一种保护STT-MRAM装置免受邻近装置磁场所致的不利开关效应的方法。

本公开的第三目的是提供一种用于在STT-MRAM装置的特定区域内降低由不利热效应引起的应力的机构。

本公开的第四目的是使用相同的散热设计来用作为MTJ装置的应力缓冲器。

本公开的第五目的是提供能够同时产生所有上述目的的方法。