本公開的實(shí)施例總體上涉及一種非易失性存儲(chǔ)器，更特別地，涉及一種具有改善的自旋轉(zhuǎn)矩效率的磁致電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)。

背景技術(shù)：

計(jì)算機(jī)的核心為磁記錄裝置，其典型地可以包含旋轉(zhuǎn)磁性介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)裝置?，F(xiàn)今存在若干不同的存儲(chǔ)器技術(shù)，用于儲(chǔ)存計(jì)算系統(tǒng)中使用的信息。這些不同的存儲(chǔ)器技術(shù)總體上可以分為兩個(gè)主要類別：易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器。易失性存儲(chǔ)器可以總體上指代需要電源來(lái)保有存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。另一方面，非易失性存儲(chǔ)器可以總體上指代不需電源來(lái)保有存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。非易失性存儲(chǔ)器的示例可以包含只讀存儲(chǔ)器(ROM)、磁致電阻式RAM(MRAM)以及閃存存儲(chǔ)器——比如NOR和NAND閃存，等等。

近來(lái)，MRAM作為下一代非易失性存儲(chǔ)器已經(jīng)引起越來(lái)越多的關(guān)注。MRAM提供快速訪問時(shí)間、幾乎無(wú)限的讀/寫耐久性、輻射硬度以及高存儲(chǔ)密度。與傳統(tǒng)的RAM芯片技術(shù)不同，MRAM數(shù)據(jù)不存儲(chǔ)為電荷，而是使用磁矩存儲(chǔ)數(shù)據(jù)位。MRAM裝置可以含有由兩個(gè)磁性極化層形成的存儲(chǔ)器單元件，每個(gè)磁性極化層可以保持磁性極化場(chǎng)，該磁性極化層由薄絕緣層隔開的，其一同形成磁隧道結(jié)(MTJ)位。薄絕緣層可以是勢(shì)壘層。MTJ存儲(chǔ)器位可設(shè)計(jì)為MTJ位結(jié)構(gòu)相對(duì)于膜表面的平面內(nèi)或垂直磁化。兩個(gè)磁性層中的一個(gè)是設(shè)置為特定極性的永磁體(即，具有固定的磁化)；另一層的極化將在比如強(qiáng)磁場(chǎng)或自旋極化電流的外部寫入機(jī)制的影響下改變(即，具有自由磁化)。因此，單元具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，其允許單元充當(dāng)非易失性存儲(chǔ)器單元。

采用MTJ存儲(chǔ)器位的一種類型的MRAM為自旋扭矩轉(zhuǎn)換MRAM(STT-MRAM)，其中使用自旋極化電流來(lái)寫入位狀態(tài)。然而，典型地，切換單元的狀態(tài)需要大量的寫入電流。隨著時(shí)間推移，由于電流的量，勢(shì)壘層可能被擊穿，使得MTJ無(wú)法運(yùn)行。此外，在STT-MRAM裝置中，可能難以在不干擾相鄰的MTJ位的情況下隔離單個(gè)MTJ位以用于寫入，并且為了選擇單獨(dú)的MTJ位，可能需要大的晶體管。

因此，本領(lǐng)域需要改善的MRAM裝置，其能夠在不干擾相鄰的MTJ位的情況下選擇單獨(dú)MTJ位，并且還能夠增強(qiáng)寫入電流的效率，以避免勢(shì)壘層的擊穿。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開總體上涉及一種非易失性存儲(chǔ)器裝置，并且特別地，涉及一種自旋軌道轉(zhuǎn)矩MRAM(SOT-MRAM)存儲(chǔ)器單元，其提供切換單獨(dú)的位所需的電流的量的減少以及切換可靠性的增強(qiáng)。SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元包含第一互連線、橢圓形MTJ位以及第二互連線，該第一互連線具有第一縱軸，該橢圓形MTJ位具有長(zhǎng)軸，并且該第二互連線具有第二縱軸，第二縱軸定向?yàn)榇怪庇诘谝换ミB線。橢圓形MTJ位的長(zhǎng)軸設(shè)置為相對(duì)于第一縱軸和第二縱軸成角度。MTJ位包含磁性極化自由層、用于解耦磁性層的勢(shì)壘層以及具有磁矩的磁性極化參考層，該磁矩釘扎在與MTJ位的長(zhǎng)軸不同的角度處。通過選擇將MTJ位的長(zhǎng)軸定向?yàn)橄鄬?duì)于第一縱軸和第二縱軸成角度，并且將MTJ參考層矩定向?yàn)榕cMTJ位的長(zhǎng)軸不同的角度，可以在自由層矩與通過施加在MTJ位上的電壓與沿互連線的電壓的某些組合引起的自旋電流/拉什巴場(chǎng)(Rashba field)之間引起非零平衡角度，導(dǎo)致更加連貫的切換動(dòng)力學(xué)以及縮短的逆轉(zhuǎn)潛伏時(shí)間。

在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元包含第一互連線、第二互連線以及橢圓形位，其中該第一互連線具有第一縱軸，該第二互連線具有設(shè)置為垂直于第一互連線的第二縱軸，該橢圓形位具有長(zhǎng)軸。橢圓形位設(shè)置在第一互連線與第二互連線之間，并且其中長(zhǎng)軸設(shè)置為相對(duì)于第一縱軸和第二縱軸成角度。橢圓形位包含自由層、參考層以及勢(shì)壘層，該參考層具有磁矩，磁矩設(shè)置為與長(zhǎng)軸不同的角度，并且該勢(shì)壘層設(shè)置在自由層與參考層之間。

在另一實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元包含互連線、單獨(dú)的接觸以及橢圓形位，其中該互連線具有第一縱軸，單獨(dú)的接觸設(shè)置為垂直于互連線，橢圓形位耦接到互連線，橢圓形位具有長(zhǎng)軸，長(zhǎng)軸設(shè)置為相對(duì)于第一縱軸成角度，并且其中橢圓形位包含，自由層、參考層以及勢(shì)壘層，該參考層具有設(shè)置為與長(zhǎng)軸不同角度的磁矩，并且該勢(shì)壘層設(shè)置在自由層與參考層之間。

在另一實(shí)施例中，存儲(chǔ)器陣列包含第一互連線、第二互聯(lián)線、第三互連線、第一橢圓形位以及第二橢圓形位，該第一互連線具有第一縱軸，該第二互連線具有垂直于第一互連線的第二縱軸，該第三互連線具有平行于第一互連線的第三縱軸，該第一橢圓形位具有第一長(zhǎng)軸，并且該第二橢圓形位具有第二長(zhǎng)軸。第一橢圓形位設(shè)置在第一互連線與第二互連線之間，并且第一長(zhǎng)軸設(shè)置為相對(duì)于第一縱軸和第二縱軸成角度。第一橢圓形位包含第一自由層、第一參考層以及第一勢(shì)壘層，該第一參考層具有第一磁矩，第一磁矩設(shè)置為與第一長(zhǎng)軸不同的角度，并且該第一勢(shì)壘層設(shè)置在第一自由層與第一參考層之間。第二橢圓形位設(shè)置在第二互連線與第三互連線之間，并且第二長(zhǎng)軸設(shè)置為相對(duì)于第二縱軸和第三縱軸成角度。第二橢圓形位包含第二自由層、第二參考層以及第二勢(shì)壘層，該第二參考層具有第二磁矩，第二磁矩設(shè)置為與第二長(zhǎng)軸不同的角度，并且該第二勢(shì)壘層設(shè)置在第二自由層與第二參考層之間。

附圖說(shuō)明

為了能夠更詳細(xì)地理解本公開所列舉的特征，可以參考實(shí)施例對(duì)上面簡(jiǎn)要概括的本公開進(jìn)行更特定的說(shuō)明，一些實(shí)施例在附圖中圖示。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅圖示本公開的典型實(shí)施例，并且因此不應(yīng)認(rèn)為限制其范圍，因?yàn)楸竟_可以認(rèn)可其它同等有效的實(shí)施例。

圖1A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的示意圖。

圖1B為圖1A的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的示意俯視平面圖。

圖1C為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的自由層和參考層的示意圖。

圖1D為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器位的示意側(cè)視圖。

圖1E為根據(jù)另一實(shí)施例的存儲(chǔ)器位的示意側(cè)視圖。

圖1F為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的示意側(cè)視圖。

圖1G為根據(jù)另一實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的示意側(cè)視圖。

圖1H為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)的示意圖。

圖1I為根據(jù)另一實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)的示意圖。

圖2A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器陣列的原理圖。

圖2B為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器陣列的示意立體圖。

圖3A為SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的示意平面圖。

圖3B為圖3A的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的參考層和自由層的示意圖。

圖3C為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的示意側(cè)視圖。

圖3D為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的示意側(cè)視圖。

圖3E為根據(jù)另一實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器陣列的示意圖。

為了便于理解，盡可能使用了相同附圖標(biāo)記來(lái)指代附圖中的相同元件。應(yīng)當(dāng)預(yù)期，可以在沒有具體列舉的情況下將在一個(gè)實(shí)施例中公開的元件有利地用于其它實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

下面，參考了本公開的實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本公開不限于具體描述的實(shí)施例。反之，下面的特征和元件的任意組合，無(wú)論是否涉及不同的實(shí)施例，應(yīng)預(yù)期實(shí)現(xiàn)和實(shí)施本公開。此外，盡管本公開的實(shí)施例相比于其它可能的方案和/或現(xiàn)有技術(shù)可能實(shí)現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)，特定的優(yōu)點(diǎn)是否由給定的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)并不限制本公開。因此，下面的方面、特征、實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)僅為闡述性，而不應(yīng)認(rèn)為是所附權(quán)利要求的元件或限制，除非在(一項(xiàng)或多項(xiàng))權(quán)利要求中明確列舉。相似地，對(duì)“本公開”的引用不應(yīng)理解為本文公開的任何發(fā)明主題的概括，并且不應(yīng)認(rèn)為是所附權(quán)利要求的元件或限制，除非在(一項(xiàng)或多項(xiàng))權(quán)利要求中明確列舉。

本公開總體上涉及一種非易失性存儲(chǔ)器裝置，并且特別地，涉及一種自旋軌道轉(zhuǎn)矩MRAM(SOT-MRAM)存儲(chǔ)器單元，其提供切換單獨(dú)的位所需的電流的量的減少以及切換可靠性的增強(qiáng)。SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元包含的第一互連線、橢圓形MTJ位以及第二互連線，該第一互連線具有第一縱軸，該橢圓形MTJ位具有長(zhǎng)軸，該第二互連線具有第二縱軸，該第二縱軸定向?yàn)榇怪庇诘谝换ミB線。橢圓形MTJ位的長(zhǎng)軸設(shè)置為相對(duì)于第一縱軸和第二縱軸成角度。MTJ位包含磁性極化自由層、勢(shì)壘層以及磁性極化參考層，該勢(shì)壘層用于解耦磁性層的勢(shì)壘層，該磁性極化參考層具有磁矩，該磁矩釘扎為與MTJ位的長(zhǎng)軸不同的角度。通過選擇將MTJ位的長(zhǎng)軸定向?yàn)橄鄬?duì)于第一縱軸和第二縱軸成角度，并且將MTJ參考層矩定向?yàn)榕cMTJ位的長(zhǎng)軸不同的角度，可以在自由層矩與通過施加在MTJ位上的電壓與沿互連線的電壓的某些組合引起的自旋電流/的拉什巴場(chǎng)之間引起非零平衡角度，導(dǎo)致更加連貫的切換動(dòng)力學(xué)，以及縮短的逆轉(zhuǎn)潛伏時(shí)間。

圖1A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元的示意圖。存儲(chǔ)器單元100可以為基于自旋霍爾效應(yīng)的MRAM(SHE-MRAM)或拉什巴效應(yīng)的MRAM。存儲(chǔ)器單元100具有第一互連線105、第二互連線110以及橢圓形位115，第一互連線105具有第一縱軸105a，第二互連線110具有垂直于第一互連線105的第二縱軸110a，并且橢圓形位115具有設(shè)置為相對(duì)于第一縱軸105a和第二縱軸110a成角度的長(zhǎng)軸115a。磁隧道結(jié)存儲(chǔ)器單元元件或橢圓形位115包括自由層120，其具有自由磁化；參考層125，其具有固定的或釘扎的磁矩125a；以及勢(shì)壘層130，其用來(lái)解耦設(shè)置在自由層120與參考層125之間的磁性層。參考層125的磁矩125a設(shè)置為與長(zhǎng)軸115a不同的角度。應(yīng)當(dāng)理解，自由層120與各自的互連線105、110之間以及參考層125與各自的互連線105、110之間可以存在附加的層。例如，可以存在反鐵磁性層、合成反鐵磁性結(jié)構(gòu)或蓋層。

橢圓形位115為橢圓柱形，其具有高度、長(zhǎng)徑以及短徑，其中長(zhǎng)徑大于短徑。橢圓形位115的長(zhǎng)徑等同于長(zhǎng)軸115a。在一個(gè)實(shí)施例中，長(zhǎng)軸115a與第一互連線105和第二互連線110兩者的寬度相同。在一個(gè)實(shí)施例中，橢圓形位115的長(zhǎng)軸115a定向?yàn)榕c第二縱軸110a成5-60度。在一個(gè)實(shí)施例中，橢圓形位115的長(zhǎng)軸115a定向?yàn)榕c第一縱軸105a成30度與85度之間。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將位定向?yàn)槭沟米杂蓪?20以與第二縱軸110a成5度與60度之間的角度與第二互連110接觸。在另一實(shí)施例中，可以將位定向?yàn)槭沟米杂蓪?20以與第一縱軸105a成5度與60度之間的角度與第一互連105接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，長(zhǎng)軸115a設(shè)置為與第一縱軸105a成5度與60度之間的角度。

將橢圓形位115圖案化，以賦予橢圓形位115沿著長(zhǎng)軸115a的單軸各向異性，確保自由層120僅指向沿著長(zhǎng)軸115a的一個(gè)或兩個(gè)方向。作為圖案化的形狀的結(jié)果，單軸各向異性能量阱自然地形成創(chuàng)建勢(shì)壘，以防止自由層120自發(fā)切換，確保保留。單軸各向異性能由公式1/2M_sH_kV確定，其中M_s為飽和磁化，H_k為各向異性場(chǎng)，并且V為體積。通過使自旋極化電流穿過自由層120產(chǎn)生寫入。自旋極化電流在自由層120上施加轉(zhuǎn)矩，允許自由層120克服各向異性能壘并切換定向。通過使電流穿過耦接到自由層的互連105產(chǎn)生的自旋霍爾效應(yīng)和/或拉什巴效應(yīng)可以有助于增強(qiáng)包含橢圓形位115的單獨(dú)位的可寫入性?？梢赃x擇拉什巴效應(yīng)、僅自旋霍爾效應(yīng)或拉什巴效應(yīng)和自旋霍爾效應(yīng)兩者的組合，以增強(qiáng)單獨(dú)位的可寫入性?？梢栽诓桓蓴_相鄰的存儲(chǔ)器單元的情況下，寫入到單獨(dú)存儲(chǔ)器單元上。此外，可以抑制相鄰的存儲(chǔ)器單元中的拉什巴和/或自旋霍爾效應(yīng)，以確保僅寫入選擇的存儲(chǔ)器單元，反之則已知為半選擇方案。應(yīng)當(dāng)理解，相反的情況也可能發(fā)生，即自旋霍爾效應(yīng)和/或拉什巴效應(yīng)可以為主要的寫入機(jī)制，其中流過MTJ位的自旋極化電流幫助增強(qiáng)寫入性，并且確保適當(dāng)?shù)奈贿x擇。

圖1B為圖1A的SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元100的示意俯視平面圖，其示出橢圓形位115設(shè)置為相對(duì)于第一互連線105和第二互連線110成某個(gè)角度。在其它系統(tǒng)中，參考層125的釘扎被實(shí)現(xiàn)為平行于橢圓形位115的長(zhǎng)軸115a，使得與自由層120相互作用的電流的自旋極化與磁化共線。由于切換自由層120所需的自旋轉(zhuǎn)矩的強(qiáng)度正比于自由層矩與參考層矩之間的角度的正弦，自由層120和參考層125的共線定向，其中層之間的角度為0度或180度，導(dǎo)致該正弦為零，并且從而使得該自旋轉(zhuǎn)矩為零。因此，切換需要磁矩的熱擾動(dòng)，以在層之間引起小的錯(cuò)位，使得隨著電流開始流過自由層120，自由層120開始以增益振幅振蕩，直到振蕩大到足以克服各向異性能量勢(shì)壘，允許自由層125切換定向。由于這些熱擾動(dòng)為隨機(jī)過程，用于單獨(dú)的位以及整個(gè)位陣列的開始進(jìn)動(dòng)所需的起始時(shí)間(已知為潛伏時(shí)間)可能從一次寫入嘗試到下次寫入嘗試變化，并且從而總切換時(shí)間也是如此。

如圖1C所示，通過將參考層125的磁矩125a釘扎為與長(zhǎng)軸115a不同的角度，將自旋轉(zhuǎn)矩施加在自由層120上的初始狀態(tài)開始于大于零的量，其消除潛伏時(shí)間并且極大地增強(qiáng)切換效率和連貫性。在一個(gè)實(shí)施例中，參考層125的磁矩125a設(shè)置為與橢圓形位115的長(zhǎng)軸115a成5度-60度。

可以通過使用反鐵磁性層來(lái)簡(jiǎn)單釘扎參考層125，該反鐵磁性層比如銥錳(IrMn)、鉑錳(PtMn)、鎳錳(NiMn)、鎳氧化物(NiO)或鐵錳(FeMn)。在一個(gè)實(shí)施例中，橢圓形位115可以使用合成反鐵磁體(SAF)固定層，其具有通過非磁性層耦合的兩個(gè)磁性層。在某些實(shí)施例中，固定鐵磁體層可以為單個(gè)鐵磁體，其包括鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)或合金，其中該合金包括鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)連同硼(B)、鍺(Ge)、鉑(Pt)和/或錳(Mn)的組合，或鈷和鉑的超晶格、鈷和鈀(Pd)的超晶格、鈷和鎳的超晶格和/或其組合及其混合物。在某些實(shí)施例中，非磁性層包括釕(Ru)。在某些實(shí)施例中，SAF包括第一鐵磁體層、第二鐵磁體層以及設(shè)置在第一鐵磁體層與第二鐵磁體層之間的釕(Ru)層。

在某些實(shí)施例中，橢圓形位115可以包含底部籽底層、釘扎層和/或蓋層。圖1D示出了橢圓形位115的一個(gè)示例的側(cè)視圖。橢圓形位115包含反鐵磁性層135、參考層125、勢(shì)壘層130以及自由層120。橢圓形位115設(shè)置在第一互連線105與第二互連線110之間(未示出)。反鐵磁性層135耦接到參考層125，并且可以耦接到第一互連線105或者第二互連線110。勢(shì)壘層130設(shè)置在參考層125與自由層120之間。

圖1E示出了橢圓形位115的另一示例的側(cè)視圖。橢圓形位115包含合成反鐵磁性層145、勢(shì)壘層130以及自由層120。合成反鐵磁性層145包含參考層125。在某些實(shí)施例中，SAF包括第一鐵磁體層、第二鐵磁體層以及設(shè)置在第一鐵磁體層與第二鐵磁體層之間的釕(Ru)層。與勢(shì)壘層130相鄰的鐵磁體層為參考層125。橢圓形位115設(shè)置在第一互連線105與第二互連線110之間(未示出)。合成反鐵磁性層145可以耦接到第一互連線105或者第二互連線110。勢(shì)壘層130設(shè)置在參考層125與自由層120之間。

圖1F示出了SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元100的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。橢圓形位115包含自由層120和參考層125，自由層120耦接到第一互連線105，并且參考層125直接設(shè)置在第二互連線110上。自由層120和參考層125可以包括鎳(Ni)、鐵(Fe)、銅(Co)，或合金，其中該合金為鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)連同硼(B)、鍺(Ge)和/或錳(Mn)的組合。自由層120可以具有大約1nm–6nm的厚度，并且參考層125可以具有大約1nm–6nm的厚度。勢(shì)壘層130設(shè)置在自由層120與參考層125之間。勢(shì)壘層130可以包括氧化物，比如鎂氧化物(MgO)、鉿氧化物(HfO)，或鋁氧化物(AlO_x)，并且可以具有大約0.7nm–3nm的厚度。耦接到自由層的互連線(圖1F中的第一互連105)可以包括具有強(qiáng)自旋軌道耦合的材料，比如鉑(Pt)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉿(Hf)、銥(Ir)、銅鉍(CuBi)、銅銥(CuIr)或金鎢(AuW)，其具有大約4nm–20nm的厚度，以便于產(chǎn)生自旋霍爾和/或拉什巴效應(yīng)，并且耦接到參考層125的第二互連線110可以包括銅或鋁，并且可以具有大約20nm–100nm的厚度。

圖1G圖示了SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元100的另一實(shí)施例，其中橢圓形位115包含參考層125和自由層120，其中該參考層125耦接到第一互連線105，并且自由層120直接設(shè)置在第二互連線110上。第一互連線105和第二互連線110可以為用于讀取操作的字線和位線。第一互連線105和第二互連線110可以為用于寫入操作的字線和位線。勢(shì)壘層130設(shè)置在自由層120與參考層125之間。

橢圓形位115可以處于代表1或0的狀態(tài)中，其中自由層矩120的組件分別大體上反平行或平行于參考層矩125a。位115的電阻取決于自由層120和參考層125的磁矩的相對(duì)定向，參考層125與勢(shì)壘層130交界。當(dāng)自由層120的磁矩與參考矩125a處于大體上平行的配置時(shí)(如圖1H所示)，橢圓形位115處于代表0的狀態(tài)。當(dāng)自由層矩120的組件與參考矩125a處于大體上反平行的配置時(shí)(如圖1I所示)，橢圓形位115處于代表1的狀態(tài)。

圖2A圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器陣列240。存儲(chǔ)器陣列240包括多個(gè)底部互連線、多個(gè)頂部互連線以及多個(gè)橢圓形位，其中該多個(gè)頂部互連線設(shè)置為垂直于底部互連線，并且該多個(gè)橢圓形位設(shè)置在多個(gè)底部互連線與多個(gè)頂部互連線之間。根據(jù)一個(gè)示例，在圖2B中，存儲(chǔ)器陣列240包含第一互連線205、第二互連線210、第三互連線220、第一橢圓形位215以及第二橢圓形位225，其中該第二互連線210設(shè)置為垂直于第一互連線205，該第三互連線220設(shè)置為平行于第一互連線205，該第一橢圓形位215具有第一長(zhǎng)軸，并且該第二橢圓形位225具有第二長(zhǎng)軸。盡管未示出，應(yīng)當(dāng)可以理解，第一橢圓形位215具有與橢圓形位115相似的設(shè)置。第一橢圓形位215設(shè)置在第一互連線205與第二互連線210之間。第一橢圓形位215包含第一自由層、第一參考層以及第一勢(shì)壘層，其中該第一參考層具有設(shè)置為與第一長(zhǎng)軸不同角度的第一磁矩，并且該第一勢(shì)壘層設(shè)置在第一自由層與第一參考層之間。第二橢圓形位225設(shè)置在第二互連線210與第三互連線220之間。第二橢圓形位225包含第二自由層、第二參考層以及第二勢(shì)壘層，其中該第二參考層具有設(shè)置為與第二長(zhǎng)軸不同角度的第二磁矩，并且該第二勢(shì)壘層設(shè)置在第二自由層與第二參考層之間。第二橢圓形位225的第二長(zhǎng)軸可以平行于第一橢圓形位215的第一長(zhǎng)軸。存在可能的替代方案，其中第二橢圓形位225的第二長(zhǎng)軸與第一橢圓形位225的第一長(zhǎng)軸的角度成不同的角度?？梢韵胂?，存儲(chǔ)器陣列240可以含有多個(gè)橢圓形位，其中存儲(chǔ)器陣列240中的每個(gè)單獨(dú)位的長(zhǎng)軸設(shè)置為相對(duì)于陣列中其余的橢圓形位的長(zhǎng)軸成不同的角度。

圖3A圖示了SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元300的另一實(shí)施例，其中存儲(chǔ)器單元300包括互連線305、橢圓形位315以及單獨(dú)的接觸310，其中該互連線305具有第一縱軸305a，該橢圓形位315具有耦接到互連線305的長(zhǎng)軸315a，并且該單獨(dú)的接觸310設(shè)置為垂直于互連線305。應(yīng)當(dāng)可以理解，單獨(dú)的接觸310可以采用選擇晶體管、非選擇晶體管或兩種的組合。橢圓形位315可以設(shè)置在互連線305與單獨(dú)的接觸310之間。長(zhǎng)軸315a設(shè)置為相對(duì)于第一縱軸305a成角度。單獨(dú)的接觸310可以具有第二縱軸(未示出)。在另一實(shí)施例中，長(zhǎng)軸315a設(shè)置為相對(duì)于第一縱軸305a和第二縱軸成角度。

可以理解，采用釘扎參考層125相同的技術(shù)來(lái)進(jìn)行參考層325的釘扎。如圖3B所示，參考層325的磁矩325a釘扎為與自由層320不同的角度。

圖3C圖示了SOT-MRAM存儲(chǔ)器單元300的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。橢圓形位315包含自由層320和參考層325，其中該自由層320耦接到互連線305，并且該參考層325直接設(shè)置在單獨(dú)的接觸310上。自由層320和參考層325可以包括鎳(Ni)，鐵(Fe)，銅(Co)或合金，其中該合金為鎳(Ni)、鐵(Fe)、銅(Co)連同硼(B)、鍺(Ge)和/或錳(Mn)的組合。自由層320可以具有大約1nm–6nm的厚度，并且參考層325可以具有大于1nm–6nm的厚度。勢(shì)壘層330設(shè)置在自由層320與參考層325之間。勢(shì)壘層330可以包括氧化物，比如鎂氧化物(MgO)、鉿氧化物(HfO)或鋁氧化物(AlO_x)，并且可以具有大約0.7nm–3nm的厚度。第一互連線305可以包括具有強(qiáng)自旋軌道耦合的材料，比如鉑(Pt)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉿(Hf)、銥(Ir)、銅鉍(CuBi)、銅銥(CuIr)或金鎢，其具有大約4nm–20nm的厚度，以便于產(chǎn)生自旋霍爾和/或拉什巴效應(yīng)。

圖3D圖示了SOT-MRAM存儲(chǔ)器裝置300的另一實(shí)施例，其中橢圓形位315包含參考層325和自由層320，參考層325耦接到互連線305，并且自由層320直接設(shè)置在單獨(dú)的接觸310上。耦接到自由層320的單獨(dú)的接觸310可以包括具有強(qiáng)自旋軌道耦合的材料，比如鉑(Pt)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉿(Hf)、銥(Ir)、銅鉍(CuBi)、銅銥(CuIr)或金鎢，其具有大約4nm–20nm的厚度，以便于產(chǎn)生自旋霍爾和/或拉什巴效應(yīng)，并且耦接到參考層325的第二互連線305可以包括銅或鋁，并且可以具有大約20nm–100nm的厚度。勢(shì)壘層330設(shè)置在自由層320與參考層325之間。單獨(dú)的接觸310可以耦接到兩個(gè)選擇晶體管335、345，兩個(gè)選擇晶體管335、345設(shè)置在位315的相反側(cè)上。互連線305可以與位的一個(gè)或多個(gè)行接觸。單獨(dú)的接觸310可以與單個(gè)位接觸。如此，本公開可以包含具有獨(dú)立的接觸的單元的陣列，如圖3E所示。應(yīng)當(dāng)理解，橢圓形位315可以包含橢圓形位115的各種實(shí)施例。以舉例方式，橢圓形位315可以包含下面的一個(gè)或多個(gè)：蓋層、底層和/或釘扎層。

圖3E圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器陣列340。存儲(chǔ)器陣列340包括多個(gè)互連線、多個(gè)獨(dú)立的接觸，以及多個(gè)橢圓形位，其中該多個(gè)獨(dú)立的接觸設(shè)置為垂直于多個(gè)互連線，并且該多個(gè)橢圓形位耦接到多個(gè)互連線和多個(gè)單獨(dú)的接觸。根據(jù)一個(gè)示例，存儲(chǔ)器陣列340包含互連線305、單獨(dú)的接觸310以及橢圓形位315，其中該單獨(dú)的接觸310設(shè)置為垂直于第一互連線305，并且該橢圓形位315具有長(zhǎng)軸315a。已將互連線305部分地移除，以示出單獨(dú)的接觸310。橢圓形位315包含自由層、參考層以及勢(shì)壘層，其中該參考層具有設(shè)置為與長(zhǎng)軸不同角度的磁矩，并且該勢(shì)壘層設(shè)置在自由層與參考層之間。應(yīng)當(dāng)理解，橢圓形位315可以相似于如圖1D和圖1E中所描述的橢圓形位115?？梢韵胂?，存儲(chǔ)器陣列340可以含有多個(gè)橢圓形位，其中存儲(chǔ)器陣列340中的每個(gè)單獨(dú)位的長(zhǎng)軸設(shè)置為相對(duì)于陣列中其余的橢圓形位的長(zhǎng)軸成不同的角度。

因此，通過將位圖案化，以賦予其單軸各向異性，確保自由層將僅指向兩個(gè)方向中的一個(gè)，將橢圓形位設(shè)置為相對(duì)于第一互連第二互聯(lián)成角度，并且將參考層的磁矩設(shè)置為與長(zhǎng)軸不同的角度，可以增強(qiáng)自由層的切換，在不干擾相鄰的存儲(chǔ)器單元的情況下，允許更快并更加連貫的選擇存儲(chǔ)器單元寫入和讀取時(shí)間。

盡管前述內(nèi)容針對(duì)本公開的實(shí)施例，可以在不背離本公開的基本范圍的情況下，構(gòu)思其它的和進(jìn)一步的本公開的實(shí)施例，并且本公開的范圍由所附的權(quán)利要求確定。