[发明专利]存储器元件及其制造方法

说明书

本揭露提供一种存储器元件及其制造方法。存储器元件包括磁性穿遂结与自旋霍尔电极。磁性穿遂结包括自由层、参考层以及延伸于自由层与参考层之间的阻障层。自旋霍尔电极接触于磁性穿遂结且经配置以将电荷电流转换为用于写入磁性穿遂结的自旋电流。自旋霍尔电极由包括重金属元素与过渡元素金属的合金构成。重金属元素选自于具有填于5d轨域的一或多个价电子的金属元素，且轻过渡金属元素选自于具有部分填满3d轨域的一或多个价电子的过渡金属元素。

技术领域

本揭露涉及一种存储器元件及其制造方法。

背景技术

磁性随机存取存储器(magnetic random access memory，MRAM)为性能 超越目前各种存储器的次世代存储器技术中的一个居领先地位的候选者。 MRAM提供与挥发性静态随机存取存储器(static random access memory， SRAM)相当的性能，且其高储存密度与低能耗之特性与挥发性的动态随机 存取存储器(dynamic random access memory，DRAM)相当。与非挥发性的 快闪存储器相比，MRAM提供更快的存取速度且随时间而产生的劣化更低。 自旋轨道矩MRAM(spin orbit torque MRAM，SOT-MRAM)为MRAM的一 种类型。自旋转移矩MRAM(spin transfer torque MRAM，STT-MRAM)为 另一种类型的MRAM。相较于STT-MRAM，SOT-MRAM在速度与耐久性 (endurance)上具有更优异的表现。尽管如此，SOT-MRAM在进一步降低 开关能耗(switching energy)方面受到限制。

发明内容

本揭露的一态样提供一种存储器元件，包括：磁性穿遂结，包括自由层、 参考层以及延伸于所述自由层与所述参考层之间的阻障层；以及自旋霍尔电 极，接触于所述磁性穿遂结且经配置以将电荷电流转换为用于写入所述磁性 穿遂结的自旋电流，其中所述自旋霍尔电极由包括重金属元素与过渡元素金 属的合金构成，其中所述重金属元素为钯或铂，且所述过渡金属元素为铬或 钒。

本揭露的另一态样提供一种存储器元件，包括：写入晶体管与读取晶体 管，形成于衬底的表层区域上；自旋霍尔电极，延伸于所述写入晶体管与所 述读取晶体管上方，且电性连接至所述写入晶体管的源极/漏极端点以及读取 晶体管的源极/漏极端点，其中所述自旋霍尔电极由包括第一金属与第二金属 的合金构成，其中所述第一金属为铂或钯，且所述第二金属为铬或钒；以及 磁性穿遂结，立于所述自旋霍尔电极上且藉由第一端点而接触于所述自旋霍 尔电极。

本揭露的又一态样提供一种存储器元件，包括：读取晶体管，设置于衬 底的表层区域上；磁性穿遂结，设置于所述读取晶体管上方且藉由第一端点 而耦合至所述读取晶体管的源极/漏极端点；自旋霍尔电极，延伸于所述磁性 穿遂结上且接触于所述磁性穿遂结的第二端点，其中所述自旋霍尔电极由包 括第一金属元素与第二金属元素的合金构成，所述第一金属元素选自于铂与 钯组成的群组，且所述第二金属元素选自于铬与钒组成的群组；以及选择器， 设置于所述自旋霍尔电极上方且藉由第一端点而耦合至所述自旋霍尔电极。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本揭露的各个方面。应注意， 根据本行业中的标准惯例，图中各种特征并未按比例绘制。事实上，为使论 述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。

图1A是根据本揭露一些实施例所示例性绘示的存储器阵列的电路图。

图1B绘示如图1A所示的存储器阵列内所选的单位胞元中的写入路径。

图1C绘示如图1A所示的存储器阵列内所选的单位胞元中的读取路径。

图2为绘示出图1A所示的其中一单位胞元的三维示意图。

图3A至图3D为根据本揭露一些实施例绘示出立于自旋霍尔电极(spin hallelectrode，SHE)上的磁性穿隧结(magnetic tunneling junction，MTJ)的 剖视示意图。