垂直STT-MRAM的磁性屏蔽制造技術

本發明專利技術涉及垂直STT-MRAM的磁性屏蔽。一種存儲器具有垂直自旋轉移矩（STT）磁性隨機訪問存儲器（MRAM）單元的陣列，其中每個單元具有磁性層堆疊。磁性屏蔽物設置在單元之間并且具有至少磁性層堆疊的高度的最小高度。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及垂直STT-MRAM的磁性屏蔽。一種存儲器具有垂直自旋轉移矩（STT）磁性隨機訪問存儲器（MRAM）單元的陣列，其中每個單元具有磁性層堆疊。磁性屏蔽物設置在單元之間并且具有至少磁性層堆疊的高度的最小高度?！緦＠f明】垂直STT-MRAM的磁性屏蔽
技術介紹
垂直自旋轉移矩(STT)磁性隨機訪問存儲器(MRAM)是基于磁阻的嵌入式非易失性存儲器技術。 圖1圖示了耦合到晶體管120的垂直STT-MRAM堆疊110的示意圖100。不同于把數據存儲為電荷的典型RAM技術，MRAM數據由磁阻元件存儲。通常，磁阻元件由兩個磁性層制成，每個磁性層保持磁化。一個層(“固定層”或“釘住層”110A)的磁化的磁性取向被固定，并且另一層(“自由層”110C)的磁化可以被自旋極化編程電流來改變。因此，編程電流可以使兩個磁性層的磁性取向:在相同方向，從而提供跨越這些層的較低電阻(“O”狀態)；或者在相反方向，從而提供跨越這些層的較高電阻(“I”狀態)。自由層IlOC的磁性取向的切換和產生的跨越磁性層的高或低的電阻狀態提供用于典型MRAM單元的寫和讀操作。 磁性層堆疊110連同分別位于自由層頂上和固定層下方的頂和底部電極(未示出)被稱為磁性隧道結(MTJ)。編程電流通常流動通過訪問晶體管120和MTJ。固定層極化編程電流的電子自旋，并且隨著自旋極化電流穿過MTJ，轉矩被創建。自旋極化電子電流通過對自由層施加轉矩來與自由層交互。當穿過MTJ的自旋極化電子電流的轉矩大于臨界切換電流密度時，由自旋極化電子電流施加的轉矩足以切換自由層的磁化。因此，自由層的磁化可以與釘住層以相同或相反方向被對準，并且跨越MTJ的電阻狀態被改變。 圖2圖示了 STT-MRAM單元200的示意圖，其可以被制作為形成以包括多個行和列的網格樣式或者以各種其它布置(依賴于系統需要和制作技術)的存儲器單元陣列。STT-MRAM單元200包括磁性層堆疊210、底部電極290、頂部電極295、位線220、源極線230、訪問晶體管240、字線250、讀/寫電路260、感測放大器270和位線參考280。 編程電流被施加用于STT-MRAM單元200的寫操作。為了發起編程電流，讀/寫電路260可以生成到達位線220和源極線230的寫電流。位線220和源極線230之間的電壓的極性確定磁性層堆疊210中自由層的磁化的切換。一旦自由層210C根據編程電流的自旋極性被磁化，則編程狀態被寫入到STT-MRAM單元200。 為了讀STT-MRAM單元200，讀/寫電路260生成通過磁性層堆疊210和晶體管240到達位線220和源極線230的讀電流。STT-MRAM單元200的編程狀態依賴于跨越磁性層堆疊210的電阻，其可以由位線220和源極線230之間的電壓差來確定。在一些實施例中，電壓差可以與參考280比較并且被感測放大器270放大。 豎直外部磁場可以影響導致不期望的位倒轉的自由層的磁矩。擾亂存儲信息僅需要幾百奧斯特(Oe)的豎直磁場。垂直STT-MRAM的許多應用需要更高的磁性魯棒性。 面內STT-MRAM，與垂直STT-MRAM相反，易受到水平外部磁場的影響。這是因為面內STT-MRAM由如下編程電流寫入，該編程電流使兩個磁性層的磁性取向水平平行或逆平行。使用位于管芯頂部和底部上的磁性屏蔽物，可以增加面內STT-MRAM相對于外部磁場的穩定性。然而，這個磁性屏蔽概念僅適用于面內STT-MRAM，不適用垂直STT-MRAM。對于垂直STT-MRAM應用，豎直磁場是有意義的。所以，垂直STT-MRAM應用需要有效屏蔽豎直外部磁場。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1圖示耦合到晶體管的垂直STT-MRAM堆疊的示意圖。 圖2圖示存儲器單元的示意圖。 圖3圖示根據示例性實施例的垂直STT-MRAM單元陣列的頂視圖。 圖4A-4B圖示根據示例性實施例的垂直STT-MRAM單元陣列的側視圖。 圖5圖示均一磁場中的磁性屏蔽材料。 圖6A-6E圖示根據示例性實施例的均一磁場中的垂直STT-MRAM單元的磁通密度繪圖。 圖7A-7F圖示根據示例性實施例的用于制造垂直STT-MRAM單元陣列的方法。 【具體實施方式】 本公開涉及具有垂直自旋轉移矩(STT)磁性隨機訪問存儲器(MRAM)單元的陣列的存儲器，其中每個單元具有磁性層堆疊。磁性屏蔽物設置在這些單元之間并且具有至少磁性層堆疊的高度的最小高度。 圖3圖示根據示例性實施例的垂直STT-MRAM單元陣列300的頂視圖。保護具有偶極子310的每個單元免受豎直外部磁場的影響的磁性屏蔽物320位于單元310之間。 圖4A圖示根據示例性實施例的垂直STT-MRAM單元的陣列400A的側視圖。STT-MRAM陣列400A包括形成于氧化物410中的金屬Mx 420。金屬Mx 420是圖2中示出的磁性層堆疊210和晶體管240之間的金屬導線。底部電極430沉積在金屬Mx 420上。磁性層堆疊440沉積在底部電極430上，磁性層堆疊440由固定磁性層440A和自由磁性層440C以及它們之間的隧道氧化物層440B構成。出于簡化的目的，附圖示出了具有堆疊層440A、440C和隧道氧化物層440B的每個磁性層堆疊440，但是如已知的那樣，實際上存在附加的層。頂部電極450A形成在磁性層堆疊440上。介電襯里460沉積在磁性屏蔽物470上,介電襯里460具有足夠大的厚度來提供與磁性屏蔽物470的電隔離。磁性屏蔽物470A優選地放置為盡可能接近磁性層堆疊440以增加其保護STT-MRAM單元免受豎直磁場影響的效率。而且，磁性屏蔽物470A優選地定位為相對于磁性層堆疊440內的自由磁性層440C的水平和豎直對稱布置中的至少一個。隔離層465沉積在磁性屏蔽物470A上。最后，沉積在氧化物90中的金屬M (x+1)層480位于隔離層465的頂上。金屬M (x+1)層480是圖2中示出的位線220。頂部電極450A通過通孔467確保磁性堆疊層440C和金屬M (χ+l)層480之間的電接觸。如本領域普通技術人員應當意識到的，陣列400A的元件不一定按比例繪制。 圖4B圖示根據另一示例性實施例的垂直STT-MRAM單元的陣列400B的側視圖。STT-MRAM陣列400B類似于圖4A的陣列400A，除了頂部電極450和磁性屏蔽物470被不同地定形。更具體來說，磁性屏蔽物470B不像圖4A中示出的那樣被定形為矩形，而是替代地被定形為具有形成在其每個頂部邊緣處的水平突起。頂部電極450B被定形為其上部直徑小于磁性層堆疊440的直徑，以便容納磁性屏蔽物470B的水平突起，或“鼻狀物”。當然，在電極450B和磁性屏蔽物470B之間仍然存在使用襯里460的電隔離。圖4B的其它元件類似于圖4A的元件，并且因此它們的描述為簡短起見在這里被省略。如陣列400A —樣，陣列400B的元件不一定按比例繪制。 圖5圖示均一磁場中的磁性屏蔽材料。如可以看見的,磁性屏蔽材料520收集(減少、沉沒)外部磁場。通常，該材料具有特定屬性，諸如高磁導率、很少或沒有磁矯頑力以及大飽和磁化。 高磁導率(通常至少10000)是優選的，但是50本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種存儲器，包括：垂直自旋轉移矩（STT）磁性隨機訪問存儲器（MRAM）單元的陣列，其中每個單元具有磁性層堆疊；以及磁性屏蔽物，設置在所述單元之間并且具有至少所述磁性層堆疊的高度的最小高度，以便由此屏蔽所述單元免受存儲器外部磁場的影響。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：R阿林格，K霍夫曼，K克諾布洛赫，R施特倫茨，
申請(專利權)人：英飛凌科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE