DE112013005561B4

DE112013005561B4 - Senkrechte Spinübertragungsdrehmomentspeicher-(STTM)-Vorrichtung mit verbesserter Stabilität

Info

Publication number: DE112013005561B4
Application number: DE112013005561.9T
Authority: DE
Inventors: Brian S. Doyle; Charles C. Kuo; Kaan Oguz; Uday Shah; Elijah V. Karpov; Roksana Golizadeh Mojarad; Mark L. Doczy; Robert S. Chau
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2033-06-13
Also published as: CN104813472B; US20140308760A1; US20150255711A1; GB2523934A; US20170040530A1; US20140175575A1; US8796797B2; US9882123B2; US9054302B2; KR101708844B1; DE112013005561T5; GB201510575D0; WO2014098969A1; GB2523934B; CN104813472A; KR20150063515A; US9478734B2

Abstract

Materialschichtstapel (400) für einen magnetischen Tunnelübergang, wobei der Materialschichtstapel (400) Folgendes umfasst:
eine feste magnetische Schicht (206),
eine dielektrische Schicht (208), die über der festen magnetischen Schicht (206) angeordnet ist,
eine freie magnetische Schicht (210), die über der dielektrischen Schicht (208) angeordnet ist,
eine leitende Oxidmaterialschicht (214), die auf der freien magnetischen Schicht (210) angeordnet ist,
ein oder mehrere Paare (418A, 418B, 418C, 418D) alternierender magnetischer (419) und nicht magnetischer Schichten (421), die auf der leitenden Oxidmaterialschicht (214) angeordnet sind, wobei eine magnetische Schicht (419) auf der leitenden Oxidmaterialschicht (214) angeordnet ist, wobei eine Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht (214) und der magnetischen Schicht (419) eine senkrechte magnetische Komponente für den magnetischen Tunnelübergang bereitstellt, und
wobei die leitende Oxidmaterialschicht (214) ein Material umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Oxid von Tantal, In₂O_3-x, VO₂, V₂O₃, WO₂, Sn-dotiertem In₂O₃, In- oder Ga-dotiertem ZnO und RuO besteht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der Erfindung liegen auf dem Gebiet der Speichervorrichtungen und insbesondere senkrechten Spinübertragungsdrehmomentspeicher-(STTM)-Vorrichtungen mit einer verbesserten Stabilität.
HINTERGRUND
In den letzten Jahrzehnten war die Skalierung von Strukturmerkmalen in integrierten Schaltungen eine treibende Kraft hinter der immer weiter wachsenden Halbleiterindustrie. Die Skalierung zu immer kleineren Strukturmerkmalen ermöglicht erhöhte Dichten funktioneller Einheiten auf der begrenzten Nutzfläche von Halbleiterchips. Beispielsweise ermöglicht die Verkleinerung der Transistorgröße die Aufnahme einer erhöhten Anzahl von Speichervorrichtungen auf einem Chip, was zur Herstellung von Produkten mit erhöhter Kapazität führt. Der Drang nach einer immer größeren Kapazität ist jedoch nicht unproblematisch. Die Notwendigkeit des Optimierens der Funktionsweise jeder Vorrichtung wird immer signifikanter.
Die Arbeitsweise von Spindrehmomentvorrichtungen beruht auf dem Phänomen des Spinübertragungsdrehmoments. Falls ein Strom durch eine als feste magnetische Schicht bezeichnete Magnetisierungsschicht geleitet wird, ist sie danach spinpolarisiert. Bei jedem Hindurchtreten eines Elektrons wird sein Spin (Drehimpuls) auf die Magnetisierung in der als freie magnetische Schicht bezeichneten nächsten magnetischen Schicht übertragen und bewirkt eine kleine Änderung ihrer Magnetisierung. Dies bewirkt im Wesentlichen eine ein Drehmoment hervorrufende Präzession der Magnetisierung. Infolge der Reflexion von Elektronen wird auch ein Drehmoment auf die Magnetisierung einer zugeordneten festen magnetischen Schicht ausgeübt. Schließlich wird die Magnetisierung der freien magnetischen Schicht, falls der Strom einen bestimmten kritischen Wert überschreitet (durch die Dämpfung gegeben, welche durch das magnetische Material und seine Umgebung hervorgerufen wird), durch einen Strompuls, typischerweise in etwa 1-10 Nanosekunden, geschaltet. Die Magnetisierung der festen magnetischen Schicht kann unverändert bleiben, weil ein entsprechender Strom infolge der Geometrie oder infolge einer angrenzenden antiferromagnetischen Schicht unterhalb seiner Schwelle liegt.
Das Spinübertragungsdrehmoment kann verwendet werden, um die aktiven Elemente in magnetischen Direktzugriffsspeichern umzuklappen. Ein Spinübertragungsdrehmomentspeicher oder STTM hat die Vorteile eines niedrigeren Leistungsverbrauchs und einer besseren Skalierbarkeit gegenüber einem herkömmlichen magnetischen Direktzugriffsspeicher (MRAM), der Magnetfelder verwendet, um die aktiven Elemente umzuklappen. Es sind jedoch noch erhebliche Verbesserungen auf dem Gebiet der Herstellung und Verwendung von STTM-Vorrichtungen erforderlich.
Die US 2011 / 0 233 696 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, das das Bilden einer Metallschicht über einem Bauelementsubstrat, das Bilden einer Durchkontaktierung in Kontakt mit der Metallschicht und das Hinzufügen einer dielektrischen Schicht über der Durchkontaktierung umfasst.
Die US 2010 / 0 110 783 A1 offenbart eine magnetische Speicherzelle mit einer weichmagnetischen Schicht und einer Kopplungsschicht und Verfahren zum Betreiben der Speicherzelle. Die Speicherzelle umfasst einen Stapel mit einer freien ferromagnetischen Schicht, einer fixierten ferromagnetischen Schicht, einer weichmagnetischen Schicht und einer Kopplungsschicht.
Die US 2010 / 0 090 301 A1 offenbart einen Magnetstapel mit einer ferromagnetischen freien Schicht, einer Metalloxidschicht, die bei einer ersten Temperatur antiferromagnetisch und bei einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, nicht magnetisch ist, einer ferromagnetischen fixierten Referenzschicht und einer nichtmagnetischen Abstandsschicht zwischen den freien Schichten Schicht und die Bezugsschicht.
Die US 2009 / 0 224 300 A1 offenbart eine nichtflüchtige Magnetspeichervorrichtung enthaltend ein Magnetowiderstandseffektelement, das enthält: eine Schichtstruktur mit einer Aufzeichnungsschicht; eine erste Verdrahtung, die elektrisch mit einem unteren Teil der Schichtstruktur verbunden ist; eine zweite Verdrahtung, die elektrisch mit einem oberen Teil der Schichtstruktur verbunden ist; und eine Zwischenschicht-Isolierschicht, die die Schichtstruktur umgibt.
Die US 2012 / 0 126 353 A1 offenbart eine magnetische Speichervorrichtung, die eine Magnettunnelübergangs-Struktur und eine Elektrode, die in eine dielektrische Struktur eingebettet ist, umfasst. Die MTJ-Struktur enthält eine freie Schicht. Die Elektrode besteht aus Silizium-Germanium und ist elektrisch mit dem MTJ verbunden.
In der US 2012 / 0 012 953 A1 werden ein Verfahren und ein System zum Bereitstellen einer magnetischen Unterstruktur, die in einer magnetischen Vorrichtung verwendbar ist, sowie ein magnetisches Element und ein Speicher, der die Unterstruktur verwendet, beschrieben.
Die US 2010 / 0 315 863 A1 offenbart eine Vorrichtung mit magnetischem Tunnelübergang und ein Herstellungsverfahren dafür. Die MTJ-Vorrichtung umfasst eine freie Schicht und eine das Spindrehmoment erhöhende Schicht. Die das Spindrehmoment erhöhende Schicht umfasst eine Nanooxidschicht.
Die US 2012 / 0 175 716 A1 offenbart ein Speicherelement umfassend: eine Speicherschicht, die eine Magnetisierung senkrecht zu einer Filmoberfläche aufweist, wobei die Richtung der Magnetisierung in Übereinstimmung mit Informationen geändert wird; eine Schicht mit fester Magnetisierung, die eine Magnetisierung senkrecht zu einer Filmoberfläche aufweist, die als Basis für in der Speicherschicht gespeicherte Informationen verwendet wird; und eine isolierende Schicht aus einer nichtmagnetischen Substanz, die zwischen der Speicherschicht und der Schicht mit fester Magnetisierung vorgesehen ist.
Die US 2012 / 0 146 167 A1 offenbart einen Spin-Torque-Transfer-Magnetspeicher mit wahlfreiem Zugriff (STTMRAM), der verwendet wird, um einen Zustand basierend auf der magnetischen Orientierung einer freien Schicht zu speichern, wobei das STTMRAM-Element aus einer ersten senkrechten freien Schicht (PFL) mit einer ersten senkrechten Anreicherungsschicht (PEL) besteht.
Aus NATARAJARATHINAM, A. [et al.]: Perpendicular magnetic tunnel junctions based on thin CoFeB free layer and Co-based multilayer synthetic antiferromagnet pinned layers. In: Journal of Applied Physics, Vol. 111, 2012, No. 7, S. 07C918 - ISSN 0021-8979 ist ein senkrechter magnetischer Tunnelübergang mit einer dünnen freien CoFeB-Schicht und einer auf Co/Pd-Mehrschicht basierten fixierten SAF-Schicht mit einer dünnen amorphen Ta-Brückenschicht bekannt, um den Übergang von bcc CoFeB zu den fcc-Multischichten zu ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung ist einen verbesserten Materialschichtstapel für einen magnetischen Tunnelübergang, und eine verbesserte nicht flüchtige Speichervorrichtung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Materialschichtstapel für einen magnetischen Tunnelübergang gemäß Anspruch 1 und eine nicht flüchtige Speichervorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 zeigt eine Schnittansicht eines Materialschichtstapels für eine herkömmliche Spinübertragungsdrehmomentspeicher-(STTM)-Vorrichtung.
2 zeigt eine Schnittansicht eines Materialschichtstapels für eine senkrechte STTM-Vorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel.
3 ist eine Auftragung des normierten außerordentlichen Hall-Effekts (EHE) (in beliebigen Einheiten) als Funktion des Magnetfelds (mT) für STTM-Vorrichtungen, die für einen Vergleich dienen, und die zur Erläuterung von Aspekten der Erfindung dienen.
4 zeigt eine Schnittansicht eines Materialschichtstapels für eine senkrechte STTM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Spinübertragungsdrehmoment-Speicherbitzelle, welche ein Spinübertragungsdrehmomentelement aufweist, und welche eine Ausführungsform der Erfindung aufweisen kann.
6 zeigt ein Blockdiagramm eines elektronischen Systems, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen kann.
7 zeigt eine Rechenvorrichtung, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen kann.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden senkrechte Spinübertragungsdrehmomentspeicher-(STTM)-Vorrichtungen mit einer verbesserten Stabilität und Verfahren zur Herstellung senkrechter STTM-Vorrichtungen mit einer verbesserten Stabilität beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, wie spezifische magnetische Schichtintegrations- und Materialsysteme, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Fachleute werden verstehen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten verwirklicht werden können. In anderen Fällen werden wohlbekannte Merkmale, wie Entwurfslayouts integrierter Schaltungen, nicht detailliert beschrieben, um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht unnötig unklar zu machen. Ferner ist zu verstehen, dass die verschiedenen in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erläuterung dienende Repräsentationen sind und nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet sind.
Eine oder mehrere Ausführungsformen betreffen Methodologien zum Erhöhen der Stabilität in senkrechten STTM-Systemen. Anwendungen können eine Verwendung in eingebetteten Speichern, eingebetteten nicht flüchtigen Speichern (NVM), magnetischen Direktzugriffsspeichern (MRAM), magnetischen Tunnelübergangs-(MTJ)-Vorrichtungen, NVM, senkrechten MTJ, STTM und nicht eingebetteten oder alleinstehenden Speichern einschließen. Gemäß einer Ausführungsform wird die Stabilität in senkrechten STTM-Vorrichtungen durch Aufnehmen einer leitenden Oxidschicht angrenzend an eine freie magnetische Schicht erreicht, wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird. Die leitende Oxidschicht kann eine doppelte Rolle spielen, wobei sie als ein Teil einer Elektrode wirkt und wobei sie einen Teil des in der Zusammensetzung der freien magnetischen Schicht enthaltenen Eisens/Kobalts (Fe/Co) oxidiert.
Stabilität ist eines der wichtigsten Probleme, denen man sich bei der Skalierung STTM-basierter Vorrichtungen und daraus hergestellter Speicher-Arrays gegenübersieht. Mit fortschreitender Skalierung hat die Notwendigkeit, dass immer kleinere Speicherelemente in eine skalierte Zellengröße passen müssen, die Industrie in die Richtung senkrechter STTM getrieben, welche eine höhere Stabilität für kleine Speicherelementgrößen aufweisen. Übliche senkrechte STTM werden durch drei Ansätze erreicht, die alle auf einer Grenzflächenabstimmung beruhen, um ein maximales Ausmaß der senkrechten Stärke und daher Stabilität von einem Materialstapel, der magnetische Schichten aufweist, herbeizuführen.
Als Grundlage für das Erläutern hier beschriebener Schlüsselkonzepte zeigt 1 eine Schnittansicht eines Materialschichtstapels für eine herkömmliche Spinübertragungsdrehmomentspeicher-(STTM)-Vorrichtung. Mit Bezug auf 1 sei bemerkt, dass ein Materialschichtstapel 100 für eine Innerebenen-STTM-Vorrichtung eine untere Elektrode 102, eine feste magnetische Schicht 106, eine dielektrische Schicht 108, eine freie magnetische Schicht 110 und eine obere Elektrode 112 aufweist. Ein magnetischer Tunnelübergangs-(MTJ)-Abschnitt des Materialschichtstapels 100 umfasst die feste magnetische Schicht 106, die dielektrische Schicht 108 und die freie magnetische Schicht 110. Der Materialstapel 100 ist ein Grundmaterialstapel für die Herstellung des STTM und kann mit einer größeren Komplexität hergestellt werden. Beispielsweise kann, wenngleich dies beim Stapel 100 nicht dargestellt ist, auch eine antiferromagnetische Schicht an einer Position 104 aufgenommen werden, d. h. zwischen der unteren Elektrode 102 und der festen magnetischen Schicht 106. Zusätzlich können die Elektroden 102 und 112 selbst mehrere Materialschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen. Der in 1 dargestellte Materialstapel kann in seiner einfachsten Form ein Innerebenensystem sein, wobei die Spins der magnetischen Schichten 106 und 110 in der gleichen Ebene liegen wie die Schichten selbst, wie durch 120 in 1 gezeigt ist.
Ohne weitere technische Bearbeitung ist der Materialstapel 100 aus 1 typischerweise ein Innerebenen-Spinsystem. Mit einer technischen Schicht- oder Grenzflächenbearbeitung kann der Materialstapel jedoch so hergestellt werden, dass ein senkrechtes Spinsystem bereitgestellt wird. Bei einem ersten Beispiel, wobei wiederum auf die Merkmale des Materialstapels 100 als Plattform Bezug genommen wird, wird eine freie magnetische Schicht 110, beispielsweise eine aus CoFeB (Kobalteisenbor) bestehende freie magnetische Schicht, von einer für Innerebenen-STTM-Vorrichtungen verwendeten herkömmlichen Dicke gedünnt. Das Ausmaß des Dünnens kann ausreichen, damit eine senkrechte Komponente, die durch Wechselwirkung des Eisens/Kobalts (Fe/Co) in der Schicht 110 mit dem Sauerstoff in der dielektrischen Schicht 108 (beispielsweise durch Wechselwirkung mit einer Magnesiumoxid-(MgO)-Schicht 108 an der Grenzfläche 1 aus 1) erhalten wurde, gegenüber der Innerebenenkomponente der freien CoFeB-Schicht 110 dominiert. Dieses Beispiel stellt ein senkrechtes System bereit, das auf einem Einzelschichtsystem zur Kopplung mit einer Grenzfläche der freien Schicht (d. h. der CoFeB-MgO-Grenzfläche) beruht. Der Oxidationsgrad der Eisen-/Kobaltatome (Fe/Co) an der Oberfläche der CoFeB-Schicht durch Sauerstoff aus der MgO-Schicht stellt die Stärke (Stabilität) der freien Schicht bereit, so dass diese senkrecht dominierte Spinzustände aufweist. Bei diesem Beispiel bestehen die Elektroden 102 und 112 aus einem einzigen Metall in der Art von Tantal (Ta).
Bei einem zweiten Beispiel, wobei wiederum auf die Merkmale des Materialstapels 100 als Plattform Bezug genommen wird, ist die obere Elektrode 112 durch eine Mehrschichtstapelelektrode alternierender magnetischer Schichten (beispielsweise aus Kobalt (Co)) und nicht magnetischer Schichten (beispielsweise aus Palladium (Pd)) ersetzt. Ein solches Mehrschichtschema sorgt dafür, dass jede magnetische Dünnfilmschicht (Co) eine Grenzfläche aufweist, die eine senkrechte Spinrichtung hat. Die letzte (untere) Co-Schicht in diesem Stapel, beispielsweise die Co-Schicht, die auf der freien Schicht 110 liegt und die Grenzfläche 2 bildet, koppelt magnetisch mit der darunter liegenden freien CoFeB-Schicht 110. Alternativ kann eine dünne Schicht aus Tantal (Ta) und der freien Schicht 110 aufgenommen werden. Die Summe aller Grenzflächen (ausgehend von der Grenzfläche 2) in der Elektrode 112 mit alternierenden magnetischen und nicht magnetischen Schichten in der gesamten freien Schicht und möglicherweise zusätzlich zur Grenzfläche 1 führt zu einer Stabilität des Materials der freien Schicht 110 im senkrechten Zustand. Das heißt, dass für dieses zweite Beispiel Faktoren, welche die Stabilität für eine senkrechte Spinvorrichtung bestimmen, eine Kombination der MgO-Kopplung des ersten Beispiels (beispielsweise von der Grenzfläche 1), wie zuvor beschrieben, und der zusätzlichen Kopplungsgrenzfläche 2 der freien Schicht 110 zu einem oberen senkrechten Magneten einschließen.
Bei einem dritten Beispiel, wobei wiederum auf die Merkmale des Materialstapels 100 als Plattform Bezug genommen wird, wird eine ähnliche Struktur wie im ersten Beispiel bereitgestellt. Jedoch wird zu dem Stapel an der Position 130, wie in 1 dargestellt, eine zusätzliche Tunnelbarrierefilterschicht (beispielsweise eine zweite MgO-Schicht) hinzugefügt. Die Aufnahme einer zweiten MgO-Schicht ermöglicht es, dass Sauerstoff aus einer solchen oberen MgO-Schicht mit dem Fe/Co im oberen Teil der freien CoFeB-Schicht 110 wechselwirkt (dieses beispielsweise oxidiert), wodurch die Stabilität der Zelle gegenüber dem ersten Beispiel praktisch verdoppelt wird. So attraktiv dieser Ansatz auch ist, gibt es jedoch ein Grundproblem mit der Hinzufügung einer zweiten MgO-Schicht im Stapel 100. Eine solche zweite MgO-Schicht ist nämlich in Wirklichkeit ein dünner dielektrischer Film, welcher den Widerstand des sich ergebenden Stapels erheblich vergrößern kann. Der Widerstand kann bis zu dem Punkt zunehmen, dass er die Fähigkeit stört, die Differenz zwischen einem „1“-Zustand und einem Zustand zu erkennen, wobei die Erkennung nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird.
Bei einem anderen Aspekt wird die Stabilität einer senkrechten Natur oder Dominanz einer STTM-Zelle durch die Verwendung einer leitenden Oxidschicht innerhalb des Stapels erhöht. Beispielsweise zeigt 2 eine Schnittansicht eines Materialschichtstapels für eine senkrechte STTM-Vorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel, an welchem einige Aspekte einer erfindungsgemäßen Ausführungsform erläutert werden.
Mit Bezug auf 2 sei bemerkt, dass ein Materialschichtstapel 200 für eine senkrechte STTM-Vorrichtung eine untere Elektrode 202, eine feste magnetische Schicht 206, eine dielektrische Schicht 208, eine freie magnetische Schicht 210 und eine obere Elektrode aufweist. Die obere Elektrode besteht aus einer leitenden Oxidschicht 214 und möglicherweise einer zusätzlichen Metallabdeckschicht 216. Ein magnetischer Tunnelübergangs-(MTJ)-Abschnitt des Materialschichtstapels 200 umfasst die feste magnetische Schicht 206, die dielektrische Schicht 208 und die freie magnetische Schicht 210. Der Materialstapel 200 ist ein grundlegender Materialstapel für die Herstellung senkrechter STTM und kann mit einer größeren Komplexität hergestellt werden. Wenngleich dies beim Stapel 200 nicht gezeigt ist, kann beispielsweise auch eine antiferromagnetische Schicht an der Position 204, d. h. zwischen der unteren Elektrode 202 und der festen magnetischen Schicht 206, aufgenommen werden. Zusätzlich kann die Elektrode 202 selbst mehrere Schichten eines Materials mit unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen. Der in 2 dargestellte Materialstapel ist ein senkrechtes System, wobei die Spins der magnetischen Schichten 206 und 210 senkrecht zur Ebene der Schichten selbst sind, wie in 2 durch 220 gezeigt ist.
Wiederum mit Bezug auf 2 sei bemerkt, dass eine senkrechte Komponente, die dadurch erhalten wird, dass das Eisen/Kobalt (Fe/Co) in der Schicht 210 (beispielsweise einer Schicht aus Co-FeB) mit Sauerstoff in der dielektrischen Schicht 208 wechselwirkt (beispielsweise mit einer Magnesiumoxid-(MgO)-Schicht 208 an der Grenzfläche 1 aus 2 wechselwirkt), gegenüber einer Innerebenenkomponente der freien CoFeB-Schicht 210 dominiert. Zusätzlich wird eine zweite senkrechte Komponente dadurch erhalten, dass das Eisen/Kobalt (Fe/Co) in der CoFeB-Schicht 210 mit Sauerstoff in der leitenden Oxidschicht 214 wechselwirkt (beispielsweise mit Sauerstoff an der Grenzfläche 2 aus 2 wechselwirkt). Jedoch trägt die leitende Oxidschicht 214 anders als beim vorstehend beschriebenen dritten Beispiel, wobei eine zweite MgO-Schicht verwendet wurde, um eine obere Fläche einer freien CoFeB-Schicht zu oxidieren, nicht messbar oder erheblich zum Gesamtwiderstand des Stapels 200 bei. Dabei wird die senkrechte Dominanz durch Oxidieren des Fe/Co an der Grenzfläche 2, zusätzlich zur Oxidation des Fe/Co an der Grenzfläche 1, weiter erhöht. Die Oxidation wird ohne Hinzufügen eines Widerstands erreicht, so dass die für das Oxidieren an der Grenzfläche 2 verantwortliche leitende Oxidschicht 214 die erste Schicht in einer Elektrode für die freie magnetische Schicht 210 ist. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann eine zusätzliche Metallschicht 216 (beispielsweise eine nicht magnetische und sauerstofffreie Metallschicht) auf der leitenden Oxidschicht 214 aufgenommen werden, um die Elektrode für die freie Schicht 210 fertigzustellen. Dementsprechend werden zwei senkrechte Komponenten verwendet, um gegenüber einer Innerebenenkomponente der freien CoFeB-Schicht 210, beispielsweise an den Grenzflächen 1 und 2, zu dominieren.
Als Vergleich zwischen dem Ausmaß der senkrechten Stabilität bei einem herkömmlichen STTM-Stapel (in der Art des Stapels 100) und einem STTM-Stapel, der eine leitende Oxidschicht aufweist (in der Art des Stapels 200) ist 3 eine Auftragung 300 des normierten EHE-Werts (in beliebigen Einheiten) als Funktion des Magnetfelds (mT) für vergleichende STTM-Vorrichtungen zur Erläuterung einiger Aspekte einer Ausführungsform der Erfindung.
Mit Bezug auf die Auftragung 300 sei bemerkt, dass eine erste Auftragung 302 für eine STTM-Vorrichtung vorgesehen ist, die eine oxidierte Tantalschicht (beispielsweise eine leitende Oxidschicht) angrenzend an eine freie magnetische Schicht aufweist. Eine zweite Auftragung 304 ist für eine STTM-Vorrichtung vorgesehen, welche eine sauerstofffreie Tantal-(Ta)-Schicht angrenzend an eine freie magnetische Schicht, welche mit einer Ruthenium-(Ru) -Schicht bedeckt ist, um zu gewährleisten, dass keine Oxidation des Ta auftritt, aufweist. Die angegebene Koerzitivkraft (Breite der entsprechenden Hystereseschleife) ist ein Maß für die Stabilität der senkrechten Spinzustände (d. h. des senkrechten Magneten) der freien magnetischen Schicht. Wie in der Auftragung 300 gezeigt ist, ist die Koerzitivkraft bei der Vorrichtung, welche die leitende Oxidschicht aufweist (Auftragung 302), gegenüber dem herkömmlicheren Materialstapel (Auftragung 304) um etwa das 3- bis 4-Fache erhöht. Zusätzlich ist zu verstehen, dass der Stapel aus Auftragung 302 keinen bis einen minimalen zusätzlichen Widerstand aufweist, weil die Oxidation des Tantals zu einer leitenden Oxidschicht im Gegensatz zu einer dielektrischen Schicht führt. Dieser kann ferner minimal gehalten werden, indem eine verhältnismäßig geringe Dicke für die leitende Oxidschicht beibehalten wird, wobei beispielsweise eine Dicke des oxidierten Tantals von etwa 1 Nanometer für die leitende Oxidschicht aus Auftragung 302 verwendet wurde. Für die Daten, die für die Auftragung 300 spezifisch sind, wurde eine darunter liegende MgO-Schicht für beide Fälle mit einer Dicke von etwa 2 Nanometer verwendet und wurde für beide Fälle eine freie Schicht aus Co20Fe60B20 mit einer Dicke von etwa 1,4 Nanometer verwendet.
Bei einem zweiten Beispiel eines Materialstapels, der eine leitende Oxidschicht aufweist, zeigt 4 eine Schnittansicht eines weiteren Materialschichtstapels für eine senkrechte STTM-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 4 sei bemerkt, dass ein Materialstapel 400 die Schichten des vorstehend in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Materialstapels 200 zusammen mit Paaren alternierender magnetischer Metallschichten 419 und nicht magnetischer Metallschichten 421 zwischen der leitenden Oxidschicht 214 und der Abdeckelektrodenschicht 216 aufweist. Beispielsweise sind gemäß einer Ausführungsform die magnetischen Metallschichten 419 Kobalt-(Co)-Schichten und die nicht magnetischen Schichten 421 Palladium-(Pd)-Schichten. Gemäß einer spezifischen Ausführungsform sind vier Paare 418A, 418B, 418C und 418D alternierender Schichten 419 und 421 aufgenommen, wenngleich auch weniger oder mehr Paare aufgenommen sein können. Ein solcher Ansatz mit einer mehrschichtigen oberen Elektrode sorgt dafür, dass jede magnetische Dünnfilmschicht (Co, Schicht 419) eine Grenzfläche mit einer senkrechten Spinrichtung aufweist. Die letzte (untere) Co-Schicht in diesem Stapel, beispielsweise die Co-Schicht 419, die auf der leitenden Oxidschicht 214 liegt, koppelt magnetisch mit der darunter liegenden freien CoFeB-Schicht 210. Die Summe aller Grenzflächen in den Paaren 418A, 418B, 418C und 418D mit abwechselnden magnetischen Schichten 419 und nicht magnetischen Schichten 421 kann verwendet werden, um eine Stabilität für das Material der freien Schicht 210 im senkrechten Zustand zu erzielen. Gemäß einer solchen Ausführungsform wird für ausreichend dünne Schichten der leitenden Oxidschicht 214 die magnetische Kopplung zwischen der unteren Co-Schicht 419 und der freien Schicht 210 aufrechterhalten. Demgemäß weist der Materialstapel 400 drei senkrechte Komponenten auf: die oxidierte untere Schicht der CoFeB-Schicht 210 (an der Grenzfläche 1), die oxidierte obere Schicht der CoFeB-Schicht 210 (an der Grenzfläche 2), welche sich aus der leitenden Oxidschicht 214 ergibt, und die Kopplung zwischen dem senkrechten Co/Pd-Stapel und der freien CoFeB-Schicht 210 durch eine ausreichend dünne leitende Oxidschicht 214. Eine Abdeckschicht in der Art einer reinen Ru-Schicht oder Ta-Schicht kann als Schicht 216 aufgenommen werden, wie in 4 dargestellt ist.
Wiederum mit Bezug auf die 2 und 4 sei bemerkt, dass gemäß einer Ausführungsform die leitende Oxidschicht 214 aus einem Oxid von Tantal besteht, wie es im Beispiel aus 3 der Fall war. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die leitende Oxidschicht 214 jedoch aus einem Material wie In₂O_3-x (abstimmbarer spezifischer Widerstand etwa im Bereich von 1-10 mOhm·cm), VO₂ oder V₂O₃ (spezifischer Widerstand kleiner als etwa 1 mOhm·cm), WO₂ (spezifischer Widerstand kleiner als etwa 1 mOhm cm), Sn-dotiertem In₂O₃ (ITO) und dotiertem ZnO, beispielsweise mit In oder Ga (spezifischer Widerstand kleiner als etwa 0,1 mOhm cm) oder RuO (spezifischer Widerstand kleiner als etwa 0,1 mOhm cm), jedoch ohne Einschränkung darauf. Gemäß einer Ausführungsform ist die leitende Oxidschicht 214 (unabhängig davon, ob sie aus einem Metall besteht, das dann oxidiert wird, oder ob sie aus einem leitenden Metalloxid besteht) 100-1000 Mal leitfähiger als MgO, das einen spezifischen Widerstand von etwa 1 Ohm·cm aufweist. Gemäß einer Ausführungsform wird die leitende Oxidschicht 214 durch Abscheiden eines Metallfilms und anschließendes Verbrauchen des Metallfilms mit Sauerstoff, Abscheiden eines Metallfilms bei Vorhandensein von Sauerstoff, um das Metall in situ zu verbrauchen, oder durch Abscheiden eines leitenden Oxidfilms in einer stöchiometrischen Weise gebildet. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Abdeckmetallschicht 216 auf der leitenden Oxidschicht 214 angeordnet werden, wie vorstehend beschrieben wurde. Gemäß einer solchen Ausführungsform besteht die Metallschicht 216 aus Ruthenium (Ru), Kupfer oder Aluminium.
Wiederum mit Bezug auf die 2 und 4 sei bemerkt, dass gemäß einer Ausführungsform die feste magnetische Schicht 206 aus einem Material oder einem Stapel von Materialien besteht, das oder der geeignet ist, einen festen Majoritätsspin aufrechtzuerhalten. Demgemäß kann die feste magnetische Schicht 206 (oder Referenzschicht) als eine ferromagnetische Schicht bezeichnet werden. Gemäß einer Ausführungsform besteht die feste magnetische Schicht 206 aus einer einzelnen Schicht aus Kobalteisenbor (CoFeB). Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die feste magnetische Schicht 206 jedoch aus einem Stapel aus einer Kobalteisenbor-(CoFeB)-Schicht, einer Ruthenium-(Ru)-Schicht und einer Kobalteisenbor-(CoFeB)-Schicht. Gemäß einer spezifischen derartigen Ausführungsform liegt die feste magnetische Schicht in Form eines synthetischen Antiferromagneten (SAF) vor. Von oben nach unten betrachtet ist der Stapel ein CoFeB/Ru/CoFe-Stapel (beispielsweise kein Bor in der unteren Schicht, dies kann jedoch gemäß anderen Ausführungsformen vorhanden sein). Es ist zu verstehen, dass die Ru-Dicke sehr spezifisch ist, beispielsweise 0,8-0,9 Nanometer, so dass die Kopplung zwischen dem CoFeB und dem CoFe antiferromagnetisch ist, wobei sie in entgegengesetzte Richtungen weisen.
Wiederum mit Bezug auf die 2 und 4 sei bemerkt, dass gemäß einer Ausführungsform die dielektrische Schicht 208 aus einem Material besteht, das geeignet ist, um zu ermöglichen, dass ein Strom eines Majoritätsspins durch die Schicht hindurchtritt, während zumindest in gewissem Maße verhindert wird, dass Strom eines Minoritätsspins durch die Schicht hindurchtritt. Demgemäß kann die dielektrische Schicht 208 (oder Spinfilterschicht) als eine Tunnelschicht bezeichnet werden. Gemäß einer Ausführungsform besteht die dielektrische Schicht 208 aus einem Material wie beispielsweise Magnesiumoxid (MgO) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃), ist jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß einer Ausführungsform hat die dielektrische Schicht 208 eine Dicke von etwa 1 Nanometer.
Wiederum mit Bezug auf die 2 und 4 sei bemerkt, dass gemäß einer Ausführungsform die freie magnetische Schicht 210 aus einem Material besteht, das für einen Übergang zwischen einem Majoritätsspin und einem Minoritätsspin geeignet ist, wobei dies von der Anwendung abhängt. Demgemäß kann die freie magnetische Schicht 210 (oder Speicherschicht) als eine ferromagnetische Speicherschicht bezeichnet werden. Gemäß einer Ausführungsform besteht die freie magnetische Schicht 210 aus einer Schicht aus Kobalteisen (CoFe) oder Kobalteisenbor (CoFeB).
Wiederum mit Bezug auf die 2 und 4 sei bemerkt, dass gemäß einer Ausführungsform die untere Elektrode 202 aus einem Material oder Materialstapel besteht, das oder der geeignet ist, um die Seite der festen magnetischen Schicht einer STTM-Vorrichtung elektrisch zu kontaktieren. Gemäß einer Ausführungsform ist die untere Elektrode 202 eine topographisch glatte Elektrode. Gemäß einer solchen Ausführungsform hat die untere Elektrode 202 eine Dicke, die für eine gute Leitfähigkeit geeignet ist, sie weist jedoch nur eine geringe bis keine Säulenstrukturbildung auf, welche andernfalls zu einer rauen Oberfläche führen würde. Eine solche topographisch glatte Elektrode kann als eine amorphe Struktur aufweisend bezeichnet werden. Gemäß einer spezifischen Ausführungsform besteht die untere Elektrode aus mit Ta-Schichten verschachtelten Ru-Schichten. Effektiv kann die untere Elektrode 202 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung keine herkömmliche dicke Einzelmetallelektrode in der Art einer Ru-Elektrode sein, sondern sie ist vielmehr ein verschachtelter Materialstapel aus Ru/Ta. Gemäß alternativen Ausführungsformen ist die untere Elektrode 202 jedoch eine herkömmliche dicke Einzelmetallelektrode in der Art einer Ru-Elektrode.
Wiederum mit Bezug auf die 2 und 4 sei bemerkt, dass gemäß einer Ausführungsform die ferromagnetische Schicht 204 aus einem Material besteht, das geeignet ist, um das Festhalten der Spins in einer benachbarten festen magnetischen Schicht in der Art der festen magnetischen Schicht 204 zu erleichtern, die selbst entweder aus einem Materialstapel beispielsweise in der Art einer Reihe von Co/Pd-Mehrfachschichten ähnlich 418 gemäß einer Ausführungsform oder aus einem synthetischen antiferromagnetischen System (SAF) gemäß einer anderen Ausführungsform bestehen könnte, welches aus einem Stapel in der Art der Mehrfachschichten 418 besteht, welche von einem Abstandselement getrennt sind, gefolgt von einem anderen Mehrschichtstapel 418, wobei die Anzahl der Mehrfachschichten variiert und wobei das Abstandselement aus Ta oder einem anderen Material besteht, dessen Dicke gewählt wird, um eine antiferromagnetische Kopplung zu induzieren.
Gemäß einer Ausführungsform, wie später in weiteren Einzelheiten in Zusammenhang mit 5 beschrieben wird, umfasst eine nicht flüchtige Speichervorrichtung eine erste Elektrode und eine über der ersten Elektrode angeordnete feste magnetische Schicht. Eine freie magnetische Schicht ist über der festen magnetischen Schicht angeordnet, und eine zweite Elektrode ist über der freien magnetischen Schicht angeordnet. Eine dielektrische Schicht ist zwischen der freien magnetischen Schicht und der festen magnetischen Schicht angeordnet. Die zweite Elektrode weist eine leitende Oxidschicht angrenzend an die freie magnetische Schicht auf. Die nicht flüchtige Speichervorrichtung umfasst auch einen Transistor, der elektrisch mit der freien magnetischen Schichtelektrode, einer Source-Leitung und einer Wortleitung verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die nicht flüchtige Speichervorrichtung ferner eine antiferromagnetische Schicht, die zwischen der festen magnetischen Schicht und der ersten Elektrode angeordnet ist.
Gemäß bestimmten Aspekten und zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen bestimmte Begriffe bestimmte definierbare Bedeutungen auf. Beispielsweise ist eine „freie“ magnetische Schicht eine magnetische Schicht, die eine berechenbare Variable speichert. Eine „feste“ magnetische Schicht ist eine magnetische Schicht mit einer festen Magnetisierung (magnetisch härter als die freie magnetische Schicht). Eine Tunnelbarriere in der Art eines Tunneldielektrikums oder Tunneloxids befindet sich zwischen freien und festen magnetischen Schichten. Eine feste magnetische Schicht kann strukturiert werden, um Eingänge und Ausgänge für eine zugehörige Schaltung zu erzeugen. Eine Magnetisierung kann durch den Spinübertragungsdrehmomenteffekt geschrieben werden, während ein Strom durch die Eingangselektroden geleitet wird. Die Magnetisierung kann durch den Tunnelmagnetowiderstandseffekt gelesen werden, während eine Spannung an die Ausgangselektroden angelegt wird. Gemäß einer Ausführungsform besteht die Rolle der dielektrischen Schicht 208 darin, ein großes Magnetowiderstandsverhältnis hervorzurufen. Der Magnetowiderstand ist das Verhältnis der Differenz zwischen Widerständen, wenn die beiden ferromagnetischen Schichten antiparallele Magnetisierungen aufweisen, und dem Widerstand des Zustands mit den parallelen Magnetisierungen.
Wiederum mit Bezug auf die 2 und 4 sei bemerkt, dass der Teil des Spinübertragungsdrehmomentelements 200 oder 400, der die freie magnetische Schicht 210, die Tunnelbarriereschicht 208 und die feste magnetische Schicht 206 aufweist, als magnetischer Tunnelübergang bekannt ist. Die freie magnetische Schicht 210 und die feste magnetische Schicht 206 können ferromagnetische Schichten sein. Die Tunnelbarriereschicht 208, welche die freie magnetische Schicht 210 und die feste magnetische Schicht 206 trennt, kann eine Dicke, beispielsweise einen Abstand zwischen der freien magnetischen Schicht 210 und der festen magnetischen Schicht 206, von etwa 1 Nanometer oder weniger aufweisen, so dass Elektronen dadurch hindurchtunneln können, falls eine Vorspannung zwischen die freie magnetische Schichtelektrode 214/216 und die feste magnetische Schichtelektrode 202 gelegt ist.
Gemäß einer Ausführungsform wirkt der MTJ im Wesentlichen wie ein Widerstand, wobei der Widerstandswert eines elektrischen Wegs durch den MTJ in zwei resistiven Zuständen, entweder „hoch“ oder „niedrig“, abhängig von der Richtung oder Orientierung der Magnetisierung in der freien magnetischen Schicht 210 und in der festen magnetischen Schicht 206, existieren kann. Wiederum mit Bezug auf die 2 und 4 sei bemerkt, dass in dem Fall, dass die Spinrichtung in der freien magnetischen Schicht 210 nach unten weist (Minorität), ein hoher resistiver Zustand existiert, wobei die Magnetisierungsrichtungen in der freien magnetischen Schicht 210 und der festen magnetischen Schicht 206 im Wesentlichen entgegengesetzt oder antiparallel zueinander sind. Wiederum mit Bezug auf die 2 und 4 sei bemerkt, dass in dem Fall, dass die Spinrichtung in der freien magnetischen Schicht 210 nach oben weist (Majorität), ein niedriger resistiver Zustand existiert, wobei die Magnetisierungsrichtungen in der freien magnetischen Schicht 210 und der festen magnetischen Schicht 206 im Wesentlichen ausgerichtet oder parallel zueinander sind. Es sei bemerkt, dass die Begriffe „niedrig“ und „hoch“ in Bezug auf den resistiven Zustand des MTJ relativ zueinander sind. Mit anderen Worten ist der hohe resistive Zustand lediglich ein erkennbar höherer Widerstand als der niedrige resistive Zustand und umgekehrt. Demgemäß können der niedrige und der hohe resistive Zustand bei einer erkennbaren Widerstandsdifferenz verschiedene Informationsbits (d. h. eine „0“ oder eine „1“) repräsentieren.
Die Magnetisierungsrichtung in der freien magnetischen Schicht 210 kann unter Verwendung eines spinpolarisierten Stroms durch einen als Spinübertragungsdrehmoment-(„STT“)-Prozess bezeichneten Prozess geschaltet werden. Ein elektrischer Strom ist im Allgemeinen nicht polarisiert (wobei er beispielsweise aus etwa 50% Spin-aufwärts-Elektronen und etwa 50% Spin-abwärts-Elektronen besteht). Ein spinpolarisierter Strom ist ein Strom mit einer größeren Anzahl von Spin-aufwärts- oder Spinabwärts-Elektronen, welcher erzeugt werden kann, indem ein Strom durch die feste magnetische Schicht 206 geleitet wird. Die Elektronen des spinpolarisierten Stroms aus der festen magnetischen Schicht 206 tunneln durch die Tunnelbarriere oder die dielektrische Schicht 208 und übertragen ihren Spindrehimpuls auf die freie magnetische Schicht 210, wobei die freie magnetische Schicht 210 ihre Magnetisierungsrichtung von antiparallel zu jener der festen magnetischen Schicht 206 oder parallel orientiert. Die freie magnetische Schicht 210 kann durch Umkehren des Stroms in ihre ursprüngliche Orientierung zurückgeführt werden.
Demgemäß kann der MTJ durch seinen Magnetisierungszustand ein einziges Informationsbit („0“ oder „1“) speichern. Die im MTJ gespeicherte Information wird durch Leiten eines Stroms durch den MTJ erfasst. Die freie magnetische Schicht 210 benötigt keine Leistung, um ihre magnetischen Orientierungen beizubehalten. Dadurch wird der Zustand des MTJ bewahrt, wenn die Leistungszufuhr zur Vorrichtung entfernt wird. Daher ist eine Spinübertragungsdrehmoment-Speicherbitzelle, die gemäß einer Ausführungsform aus dem Stapel 200 oder 400 aus 2 bzw. 4 besteht, nicht flüchtig.
Wenngleich das Verfahren zur Herstellung des Schichtstapels 200 oder 400, beispielsweise für eine Spinübertragungsdrehmoment-Speicherbitzelle, hier nicht in allen Einzelheiten beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Schritte für die Herstellung Standard-Mikroelektronikherstellungsprozesse einschließen können, wie Lithographie, Ätzen, Dünnfilmabscheidung, Planarisierung (wie chemisch-mechanisches Polieren (CMP)), Diffusion, Metrologie, die Verwendung von Opferschichten, die Verwendung von Ätzstoppschichten, die Verwendung von Planarisierungsstoppschichten und/oder eine andere Aktion in Zusammenhang mit der Herstellung mikroelektronischer Komponenten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine von der festen magnetischen Schicht 206 und der freien magnetischen Schicht 210 oder weisen beide eine Halbmetallmaterialschicht auf. Bei einem ersten Beispiel ist gemäß einer Ausführungsform eine Halbmetallmaterialschicht an der Grenzfläche zwischen der festen magnetischen Schicht 206 und der dielektrischen Schicht 208 aufgenommen. Gemäß einer spezifischen derartigen Ausführungsform ist die feste magnetische Schicht 206 eine Einzelschicht, die aus dem Halbmetallmaterial besteht. Gemäß einer anderen spezifischen Ausführungsform besteht jedoch nur ein Teil der festen magnetischen Schicht 206 aus dem Halbmetallmaterial. Bei einem zweiten Beispiel ist gemäß einer anderen Ausführungsform eine Halbmetallmaterialschicht an der Grenzfläche zwischen der freien magnetischen Schicht 210 und der dielektrischen Schicht 208 aufgenommen. Gemäß einer spezifischen derartigen Ausführungsform ist die freie magnetische Schicht 210 eine Einzelschicht, die aus dem Halbmetallmaterial besteht. Gemäß einer anderen spezifischen Ausführungsform besteht jedoch nur ein Teil der freien magnetischen Schicht 210 aus dem Halbmetallmaterial, beispielsweise als eine Unterschicht an der Grenzfläche mit der dielektrischen Schicht 208. Bei einem dritten Beispiel gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine erste Halbmetallmaterialschicht an der Grenzfläche zwischen der festen magnetischen Schicht 206 und der dielektrischen Schicht 208 aufgenommen und ist eine zweite Halbmetallmaterialschicht an der Grenzfläche zwischen der freien magnetischen Schicht 210 und der dielektrischen Schicht 208 aufgenommen. Gemäß einer Ausführungsform sind Halbmetalle (beispielsweise Heusler-Legierungen) aufgenommen, um die Differenz zwischen dem antiparallelen Widerstand (RAP) und dem parallelen Widerstand (RP) (d. h. ΔR) in magnetischen Tunnelübergangs-(MTJ)-Vorrichtungen zu erhöhen.
Gemäß einer Ausführungsform werden die vorstehend beschriebenen Halbmetallmaterialschichten als Heusler-Legierung bezeichnet, welche eine ferromagnetische Metalllegierung auf der Grundlage einer Heusler-Phase ist. Heusler-Phasen können intermetallische Materialien mit einer bestimmten Zusammensetzung und einer flächenzentrierten kubischen Kristallstruktur sein. Die Materialien sind infolge des Doppelaustauschmechanismus zwischen benachbarten magnetischen Ionen ferromagnetisch, selbst wenn dies die bildenden Elemente nicht sind. Die Materialien verwenden gewöhnlich Manganionen, welche sich an den Körperzentren der kubischen Struktur befinden und den größten Teil des magnetischen Moments der Legierung tragen. Gemäß einer spezifischen Ausführungsform sind die Halbmetallmaterialschichten, die entweder in der festen magnetischen Schicht 206, der freien magnetischen Schicht 210 oder beiden enthalten sind, Materialschichten wie Cu₂MnAl, Cu₂MnIn, Cu₂MnSn, Ni₂MnAl, Ni₂MnIn, Ni₂MnSn, Ni₂MnSb, Ni₂MnGa, Co₂MnAl, Co₂MnSi, Co₂MnGa, Co₂MnGe, Pd₂MnAl, Pd₂MnIn, Pd₂MnSn, Pd₂MnSb, Co₂FeSi, Fe₃Si, Fe₂VaI, Mn₂VGa oder Co₂FeGe, jedoch ohne Einschränkung darauf.
Wiederum mit Bezug auf die Beschreibung in Zusammenhang mit den 2 und 4 sei bemerkt, dass ein Schichtstapel, der die magnetischen Materialschichten und eine leitende Oxidschicht aufweist, die beispielsweise in einem magnetischen Tunnelübergang verwendet werden, verwendet werden kann, um eine Speicherbitzelle herzustellen. Beispielsweise zeigt 5 schematisch eine Spinübertragungsdrehmoment-Speicherbitzelle 500, die ein Spinübertragungsdrehmomentelement 510 aufweist, und eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen kann.
Mit Bezug auf 5 sei bemerkt, dass das Spinübertragungsdrehmomentelement 510 eine freie magnetische Schichtelektrode 512 mit einer an die freie magnetische Schichtelektrode 512 angrenzenden freien magnetischen Schicht 514, eine feste magnetische Schichtelektrode 516 angrenzend an eine feste magnetische Schicht 518 und eine Tunnelbarriere oder dielektrische Schicht 522, die zwischen der freien magnetischen Schicht 514 und der festen magnetischen Schicht 518 angeordnet ist, aufweisen kann. Gemäß einer Ausführungsform weist die freie magnetische Schichtelektrode 512 eine leitende Oxidschicht angrenzend an die freie magnetische Schicht 514 auf. Gemäß einer Ausführungsform beruht das Spinübertragungsdrehmomentelement 510 auf einem senkrechten Magnetismus.
Ein erstes dielektrisches Element 523 und ein zweites dielektrisches Element 524 können angrenzend an die feste magnetische Schichtelektrode 516, die feste magnetische Schicht 518 und die Tunnelbarriere oder dielektrische Schicht 522 ausgebildet sein. Die feste magnetische Schichtelektrode 516 kann elektrisch mit einer Bitleitung 532 verbunden sein. Die freie magnetische Schichtelektrode 512 kann mit einem Transistor 534 gekoppelt sein. Der Transistor 534 kann in einer Weise, die Fachleuten verständlich sein wird, mit einer Wortleitung 536 und einer Source-Leitung 538 gekoppelt sein. Die Spinübertragungsdrehmoment-Speicherbitzelle 500 kann ferner für den Betrieb der Spinübertragungsdrehmoment-Speicherbitzelle 500 zusätzliche Lese- und Schreibschaltungen (nicht dargestellt), einen Leseverstärker (nicht dargestellt), eine Bitleitungsreferenz (nicht dargestellt) und dergleichen aufweisen, wie Fachleute verstehen werden. Es sei bemerkt, dass mehrere Spinübertragungsdrehmoment-Speicherbitzellen 500 operativ miteinander verbunden werden können, um ein Speicherfeld (nicht dargestellt) zu bilden, wobei das Speicherfeld in eine nicht flüchtige Speichervorrichtung aufgenommen werden kann. Es sei bemerkt, dass der Transistor 534 mit der festen magnetischen Schichtelektrode 516 oder der freien magnetischen Schichtelektrode 512 verbunden sein kann, wenngleich nur die letztgenannte dargestellt ist.
6 zeigt ein Blockdiagramm eines elektronischen Systems 600, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen kann. Das elektronische System 600 kann beispielsweise einem tragbaren System, einem Computersystem, einem Prozesssteuersystem oder einem anderen System entsprechen, das einen Prozessor und einen zugeordneten Speicher verwendet. Das elektronische System 600 kann einen Mikroprozessor 602 (mit einem Prozessor 604 und einer Steuereinheit 606), eine Speichervorrichtung 608 und eine Ein-/Ausgabevorrichtung 610 aufweisen (es ist zu verstehen, dass das elektronische System 600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen mehrere Prozessoren, Steuereinheiten, Speichervorrichtungseinheiten und/oder Ein-/Ausgabevorrichtungen aufweisen kann). Gemäß einer Ausführungsform hat das elektronische System 600 einen Befehlssatz, wodurch Operationen definiert werden, die vom Prozessor 604 an Daten auszuführen sind, und andere Transaktionen zwischen dem Prozessor 604, der Speichervorrichtung 608 und der Ein-/Ausgabevorrichtung 610. Die Steuereinheit 606 koordiniert die Operationen des Prozessors 604, der Speichervorrichtung 608 und der Ein-/Ausgabevorrichtung 610 durch zyklisches Durchlaufen eines Satzes von Operationen, wodurch bewirkt wird, dass Befehle aus der Speichervorrichtung 608 abgerufen und ausgeführt werden. Die Speichervorrichtung 608 kann ein Spinübertragungsdrehmomentelement aufweisen, wie in der vorliegenden Beschreibung dargelegt. Gemäß einer Ausführungsform ist die Speichervorrichtung 608 in den Mikroprozessor 602 eingebettet, wie in 6 dargestellt ist.
7 zeigt eine Rechenvorrichtung 700 gemäß einer Implementation der Erfindung. In der Rechenvorrichtung 700 ist eine Platine 702 aufgenommen. Die Platine 702 kann eine Anzahl von Komponenten aufweisen, einschließlich eines Prozessors 704 und wenigstens eines Kommunikationschips 706, jedoch ohne Einschränkung darauf. Der Prozessor 704 ist physikalisch und elektrisch mit der Platine 702 gekoppelt. Gemäß einigen Implementationen ist der wenigstens eine Kommunikationschip 706 auch physikalisch und elektrisch mit der Platine 702 gekoppelt. Gemäß weiteren Implementationen ist der Kommunikationschip 706 Teil des Prozessors 704.
Abhängig von ihren Anwendungen, kann die Rechenvorrichtung 700 andere Komponenten aufweisen, die möglicherweise physikalisch und elektrisch mit der Platine 702 gekoppelt sein können. Diese anderen Komponenten umfassen ohne Einschränkung einen flüchtigen Speicher (beispielsweise DRAM), einen nicht flüchtigen Speicher (beispielsweise ROM), einen Flash-Speicher, einen Graphikprozessor, einen digitalen Signalprozessor, einen Kryptoprozessor, einen Chipsatz, eine Antenne, eine Anzeige, eine Berührungsbildschirmanzeige, eine Berührungsbildschirm-Steuereinrichtung, eine Batterie, einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Leistungsverstärker, eine Vorrichtung des globalen Positionsbestimmungssystems (GPS-Vorrichtung), einen Kompass, einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, einen Lautsprecher, eine Kamera und eine Massenspeichervorrichtung (in der Art eines Festplattenlaufwerks, einer Compact Disk (CD), einer Digital Versatile Disk (DVD) usw.).
Der Kommunikationschip 706 ermöglicht Drahtloskommunikationen für die Übertragung von Daten zur Rechenvorrichtung 700 und von dieser. Der Begriff „drahtlos“ und seine Ableitungen können verwendet werden, um Schaltungen, Vorrichtungen, Systeme, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanäle usw. zu beschreiben, die Daten durch die Verwendung modulierter elektromagnetischer Strahlung über ein nicht festes Medium übermitteln können. Der Begriff impliziert nicht, dass die zugeordneten Vorrichtungen keine Drähte enthalten, wenngleich dies gemäß einigen Ausführungsformen der Fall sein könnte. Der Kommunikationschip 706 kann beliebige von einer Anzahl drahtloser Standards oder Protokolle implementieren, einschließlich Wi-Fi (IEEE 802.11-Familie), WiMAX (IEEE 802.16-Familie), IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, Ableitungen davon sowie beliebige andere Drahtlosprotokolle, die als 3G, 4G, 5G usw. bezeichnet sind, jedoch ohne Einschränkung darauf. Die Rechenvorrichtung 700 kann mehrere Kommunikationschips 706 aufweisen. Beispielsweise kann ein erster Kommunikationschip 706 für Drahtloskommunikationen mit kürzerer Reichweite, wie WiFi und Bluetooth, vorgesehen sein und kann ein zweiter Kommunikationschip 706 für Drahtloskommunikationen mit größerer Reichweite, wie GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO und andere, vorgesehen sein.
Der Prozessor 704 der Rechenvorrichtung 700 weist einen innerhalb des Prozessors 704 gekapselten integrierten Schaltungschip auf. Bei einigen Implementationen der Erfindung weist der integrierte Schaltungschip des Prozessors eine oder mehrere Vorrichtungen in der Art eines gemäß Implementationen der Erfindung aufgebauten Spinübertragungsdrehmomentspeichers auf. Der Begriff „Prozessor“ kann sich auf eine beliebige Vorrichtung oder einen beliebigen Teil einer Vorrichtung beziehen, welche elektronische Daten von Registern und/oder einem Speicher verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten umzuwandeln, die in Registern und/oder im Speicher gespeichert werden können.
Der Kommunikationschip 706 weist auch einen darin gekapselten integrierten Schaltungschip auf. Gemäß einer anderen Implementation der Erfindung weist der integrierte Schaltungschip des Kommunikationschips eine oder mehrere Vorrichtungen in der Art eines gemäß Implementationen der Erfindung aufgebauten Spinübertragungsdrehmomentspeichers auf.
Bei weiteren Implementationen kann eine weitere in die Rechenvorrichtung 700 aufgenommene Komponente einen integrierten Schaltungschip enthalten, der eine oder mehrere Vorrichtungen in der Art eines gemäß Implementationen der Erfindung aufgebauten Spinübertragungsdrehmomentspeichers aufweist.
Bei verschiedenen Implementationen kann die Rechenvorrichtung 700 ein Laptop, ein Netbook, ein Notebook, ein Ultrabook, ein Smartphone, ein Tablet, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein ultramobiler PC, ein Mobiltelefon, ein Desktopcomputer, ein Server, ein Drucker, ein Scanner, ein Bildschirm, eine Settop-Box, eine Unterhaltungssteuereinheit, eine Digitalkamera, ein tragbares Musikabspielgerät oder ein digitaler Videorecorder sein. Bei weiteren Implementationen kann die Rechenvorrichtung 700 eine andere elektronische Vorrichtung sein, die Daten verarbeitet.
Demgemäß beziehen sich eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein auf die Herstellung eines mikroelektronischen Speichers. Der mikroelektronische Speicher kann nicht flüchtig sein, wobei der Speicher selbst dann gespeicherte Informationen halten kann, wenn er nicht mit Leistung versorgt wird. Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf die Herstellung eines senkrechten Spinübertragungsdrehmomentspeicherelements für nicht flüchtige mikroelektronische Speichervorrichtungen. Ein solches Element kann in einem eingebetteten nicht flüchtigen Speicher, entweder wegen seiner Nichtflüchtigkeit, oder als Ersatz für einen eingebetteten dynamischen Direktzugriffsspeicher (eDRAM) verwendet werden. Beispielsweise kann ein solches Element bei konkurrenzfähigen Zellengrößen innerhalb eines gegebenen Technologieknotens für einen 1T-1X-Speicher (X = Kondensator oder Widerstand) verwendet werden.
Demgemäß umfassen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung senkrechte Spinübertragungsdrehmomentspeicher-(STTM)-Vorrichtungen mit verbesserter Stabilität und Verfahren zur Herstellung senkrechter STTM-Vorrichtungen mit verbesserter Stabilität.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Materialschichtstapel für einen magnetischen Tunnelübergang eine feste magnetische Schicht auf. Eine dielektrische Schicht ist über der festen magnetischen Schicht angeordnet. Eine freie magnetische Schicht ist über der dielektrischen Schicht angeordnet. Eine leitende Oxidmaterialschicht ist auf der freien magnetischen Schicht angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform weist die freie magnetische Schicht Eisen/Kobalt-(Fe/Co)-Atome auf und ist zumindest ein Teil der Fe/Co-Atome an einer Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht und der freien magnetischen Schicht oxidiert.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die freie magnetische Schicht aus CoFeB und stellt die Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht und der freien magnetischen Schicht eine senkrechte magnetische Komponente für den magnetischen Tunnelübergang bereit.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die dielektrische Schicht aus Magnesiumoxid (MgO), ist die freie magnetische Schicht auf der dielektrischen Schicht angeordnet, ist zumindest ein Teil der Fe/Co-Atome an einer Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht und der freien magnetischen Schicht oxidiert und stellt die Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht und der freien magnetischen Schicht eine zweite senkrechte magnetische Komponente für den magnetischen Tunnelübergang bereit.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Materialschichtstapel ferner ein oder mehrere Paare alternierender magnetischer und nicht magnetischer Schichten, die auf der leitenden Oxidmaterialschicht angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform bestehen die alternierenden magnetischen und nicht magnetischen Schichten aus Kobalt (Co) bzw. Palladium (Pd), wobei eine Co-Schicht auf der leitenden Oxidmaterialschicht angeordnet ist, und stellt eine Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht und der Co-Schicht eine dritte senkrechte magnetische Komponente für den magnetischen Tunnelübergang bereit.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Materialschichtstapel ferner ein oder mehrere Paare alternierender magnetischer und nicht magnetischer Schichten, die auf der leitenden Oxidmaterialschicht angeordnet sind, wobei eine magnetische Schicht auf der leitenden Oxidmaterialschicht angeordnet ist, und stellt eine Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht und der magnetischen Schicht eine senkrechte magnetische Komponente für den magnetischen Tunnelübergang bereit.
Gemäß der Erfindung besteht die leitende Oxidmaterialschicht aus einem Material in der Art eines Oxids von Tantal, In₂O_3-x, VO₂, V₂O₃, WO₂, Sn-dotiertem In₂O₃ (ITO) und dotiertem ZnO, beispielsweise mit In oder Ga, oder RuO.
Gemäß einer Ausführungsform ist die leitende Oxidmaterialschicht etwa 10-1000 Mal leitfähiger als die dielektrische Schicht.
Gemäß einer Ausführungsform ist der magnetische Tunnelübergang ein senkrechter magnetischer Tunnelübergang.
Gemäß einer Ausführungsform weist die nicht flüchtige Speichervorrichtung eine untere Elektrode auf. Eine feste magnetische Schicht ist über der unteren Elektrode angeordnet. Eine dielektrische Schicht ist über der festen magnetischen Schicht angeordnet. Eine freie magnetische Schicht ist über der dielektrischen Schicht angeordnet. Eine leitende Oxidmaterialschicht ist auf der freien magnetischen Schicht angeordnet. Eine obere Elektrode ist über der leitenden Oxidmaterialschicht angeordnet. Ein Transistor ist elektrisch mit der oberen oder der unteren Elektrode, einer Source-Leitung und einer Wortleitung verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die freie magnetische Schicht Eisen/Kobalt-(Fe/Co)-Atome und ist zumindest ein Teil der Fe/Co-Atome an einer Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht und der freien magnetischen Schicht oxidiert.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die freie magnetische Schicht aus CoFeB und stellt die Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht und der freien magnetischen Schicht eine senkrechte magnetische Komponente für die nicht flüchtige Speichervorrichtung bereit.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die dielektrische Schicht aus Magnesiumoxid (MgO), ist die freie magnetische Schicht auf der dielektrischen Schicht angeordnet, ist zumindest ein Teil der Fe-Atome an der Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht und der freien magnetischen Schicht oxidiert und stellt die Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht und der freien magnetischen Schicht eine zweite senkrechte magnetische Komponente für die nicht flüchtige Speichervorrichtung bereit.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die nicht flüchtige Speichervorrichtung ferner ein oder mehrere Paare alternierender magnetischer und nicht magnetischer Schichten, die auf der leitenden Oxidmaterialschicht unter der oberen Elektrode angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform bestehen die alternierenden magnetischen und nicht magnetischen Schichten aus Kobalt (Co) bzw. Palladium (Pd), wobei eine Co-Schicht auf der leitenden Oxidmaterialschicht angeordnet ist, und stellt eine Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht und der Co-Schicht eine dritte senkrechte magnetische Komponente für die nicht flüchtige Speichervorrichtung bereit.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die nicht flüchtige Speichervorrichtung ferner ein oder mehrere Paare alternierender magnetischer und nicht magnetischer Schichten, die auf der leitenden Oxidmaterialschicht angeordnet sind, unter der oberen Elektrode, wobei eine magnetische Schicht auf der leitenden Oxidmaterialschicht angeordnet ist und eine Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht und der magnetischen Schicht eine senkrechte magnetische Komponente für die nicht flüchtige Speichervorrichtung bereitstellt.
Gemäß der Erfindung besteht die leitende Oxidmaterialschicht aus einem Material in der Art eines Oxids von Tantal, In₂O_3-x, VO₂, V₂O₃, WO₂, Sn-dotiertem In₂O₃ (ITO) und dotiertem ZnO, beispielsweise mit In oder Ga, oder RuO.
Gemäß einer Ausführungsform ist die leitende Oxidmaterialschicht etwa 10-1000 Mal leitfähiger als die dielektrische Schicht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die nicht flüchtige Speichervorrichtung eine senkrechte Spindrehmomentübertragungsspeicher-(STTM)-Vorrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die nicht flüchtige Speichervorrichtung ferner eine zwischen der unteren Elektrode und der festen magnetischen Schicht angeordnete antiferromagnetische Schicht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Materialschichtstapels für einen magnetischen Tunnelübergang das Bilden einer freien magnetischen Schicht auf einer dielektrischen Schicht und das Bilden einer leitenden Oxidmaterialschicht auf der freien magnetischen Schicht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bilden der leitenden Oxidmaterialschicht das Abscheiden eines Metallfilms und das anschließende Verbrauchen des Metallfilms mit Sauerstoff.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bilden der leitenden Oxidmaterialschicht das Abscheiden eines Metallfilms bei Vorhandensein von Sauerstoff, um das Metall in situ zu verbrauchen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bilden der leitenden Oxidmaterialschicht das stöchiometrische Abscheiden eines leitenden Oxidfilms.
Gemäß der Erfindung umfasst das Bilden der leitenden Oxidmaterialschicht das Bilden einer Schicht aus einem Material in der Art eines Oxids von Tantal, In₂O_3-x, VO₂, V₂O₃, WO₂, Sn-dotiertem In₂O₃ (ITO) und dotiertem ZnO, beispielsweise mit In oder Ga, oder RuO.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bilden der leitenden Oxidmaterialschicht das Oxidieren eines Teils der freien magnetischen Schicht.

Claims

Materialschichtstapel (400) für einen magnetischen Tunnelübergang, wobei der Materialschichtstapel (400) Folgendes umfasst: eine feste magnetische Schicht (206), eine dielektrische Schicht (208), die über der festen magnetischen Schicht (206) angeordnet ist, eine freie magnetische Schicht (210), die über der dielektrischen Schicht (208) angeordnet ist, eine leitende Oxidmaterialschicht (214), die auf der freien magnetischen Schicht (210) angeordnet ist, ein oder mehrere Paare (418A, 418B, 418C, 418D) alternierender magnetischer (419) und nicht magnetischer Schichten (421), die auf der leitenden Oxidmaterialschicht (214) angeordnet sind, wobei eine magnetische Schicht (419) auf der leitenden Oxidmaterialschicht (214) angeordnet ist, wobei eine Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht (214) und der magnetischen Schicht (419) eine senkrechte magnetische Komponente für den magnetischen Tunnelübergang bereitstellt, und wobei die leitende Oxidmaterialschicht (214) ein Material umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Oxid von Tantal, In₂O_3-x, VO₂, V₂O₃, WO₂, Sn-dotiertem In₂O₃, In- oder Ga-dotiertem ZnO und RuO besteht.
Materialschichtstapel (400) nach Anspruch 1, wobei die freie magnetische Schicht (210) Eisen/Kobalt-Atome umfasst und wobei zumindest ein Teil der Eisen/Kobalt-Atome an einer Grenzfläche (2) zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht (214) und der freien magnetischen Schicht (210) oxidiert ist.
Materialschichtstapel (400) nach Anspruch 2, wobei die freie magnetische Schicht (210) Kobalteisenbor umfasst, und wobei die Grenzfläche (2) zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht (214) und der freien magnetischen Schicht (210) eine zweite senkrechte magnetische Komponente für den magnetischen Tunnelübergang bereitstellt.
Materialschichtstapel (400) nach Anspruch 2, wobei die freie magnetische Schicht (210) ein Heusler-Material umfasst, das Kobalt, Eisen oder beide umfasst.
Materialschichtstapel (400) nach Anspruch 3, wobei die dielektrische Schicht (208) Magnesiumoxid umfasst, die freie magnetische Schicht (210) auf der dielektrischen Schicht (208) angeordnet ist, zumindest ein Teil der Eisen-Atome an einer Grenzfläche (1) zwischen der dielektrischen Schicht (208) und der freien magnetischen Schicht (210) oxidiert ist und die Grenzfläche (1) zwischen der dielektrischen Schicht (208) und der freien magnetischen Schicht (210) eine dritte senkrechte magnetische Komponente für den magnetischen Tunnelübergang bereitstellt.
Materialschichtstapel (400) nach Anspruch 5, wobei die alternierenden magnetischen (419) und nicht magnetischen (421) Schichten Kobalt bzw. Palladium umfassen, wobei eine Kobalt-Schicht (419) auf der leitenden Oxidmaterialschicht (214) angeordnet ist.
Materialschichtstapel (400) nach Anspruch 1, wobei die leitende Oxidmaterialschicht (214) etwa 10-1000 Mal leitfähiger ist als die dielektrische Schicht (208).
Materialschichtstapel (400) nach Anspruch 1, wobei der magnetische Tunnelübergang ein senkrechter magnetischer Tunnelübergang ist.
Nicht flüchtige Speichervorrichtung (500), welche Folgendes umfasst: eine untere Elektrode (516), eine feste magnetische Schicht (518), die über der unteren Elektrode (516) angeordnet ist, eine dielektrische Schicht (522), die über der festen magnetischen Schicht (518) angeordnet ist, eine freie magnetische Schicht (514), die über der dielektrischen Schicht (522) angeordnet ist, eine leitende Oxidmaterialschicht (214), die auf der freien magnetischen Schicht (514) angeordnet ist, ein oder mehrere Paare (418A, 418B, 418C, 418D) alternierender magnetischer (419) und nicht magnetischer Schichten (421), die auf der leitenden Oxidmaterialschicht (214) unter der oberen Elektrode (512) angeordnet sind, wobei eine magnetische Schicht (419) auf der leitenden Oxidmaterialschicht (214) angeordnet ist, wobei eine Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht (214) und der magnetischen Schicht (419) eine senkrechte magnetische Komponente für die nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) bereitstellt, eine obere Elektrode (512), die über der leitenden Oxidmaterialschicht (214) angeordnet ist, und einen Transistor (534), der elektrisch mit der oberen oder der unteren Elektrode (512, 516), einer Source-Leitung (538) und einer Wortleitung (536) verbunden ist, und wobei die leitende Oxidmaterialschicht (214) ein Material umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Oxid von Tantal, In₂O_3-x, VO₂, V₂O₃, WO₂, Sn-dotiertem In₂O₃, In- oder Ga-dotiertem ZnO und RuO besteht.
Nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) nach Anspruch 9, wobei die freie magnetische Schicht (514) Eisen/Kobalt-Atome umfasst und wobei zumindest ein Teil der Eisen/Kobalt-Atome an einer Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht und der freien magnetischen Schicht (514) oxidiert ist.
Nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) nach Anspruch 10, wobei die freie magnetische Schicht (514) Kobalteisenbor umfasst und wobei die Grenzfläche zwischen der leitenden Oxidmaterialschicht (214) und der freien magnetischen Schicht (514) eine zweite senkrechte magnetische Komponente für die nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) bereitstellt.
Nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) nach Anspruch 10, wobei die freie magnetische Schicht (514) ein Heusler-Material umfasst, das Kobalt, Eisen oder beide umfasst.
Nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) nach Anspruch 11, wobei die dielektrische Schicht (522) Magnesiumoxid umfasst, die freie magnetische Schicht (514) auf der dielektrischen Schicht (522) angeordnet ist, zumindest ein Teil der Eisen/Kobalt-Atome an einer Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht (522) und der freien magnetischen Schicht (514) oxidiert ist und die Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht (522) und der freien magnetischen Schicht (514) eine dritte senkrechte magnetische Komponente für die nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) bereitstellt.
Nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) nach Anspruch 9, wobei die alternierenden magnetischen (419) und nicht magnetischen Schichten (421) Kobalt bzw. Palladium umfassen, wobei eine Kobalt-Schicht auf der leitenden Oxidmaterialschicht (214) angeordnet ist.
Nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) nach Anspruch 9, wobei die leitende Oxidmaterialschicht (214) etwa 10-1000 Mal leitfähiger ist als die dielektrische Schicht (522).
Nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) nach Anspruch 9, wobei die nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) eine senkrechte Spindrehmomentübertragungsspeicher-Vorrichtung ist.
Nicht flüchtige Speichervorrichtung (500) nach Anspruch 9, welche ferner Folgendes umfasst: eine antiferromagnetische Schicht, die zwischen der unteren Elektrode (516) und der festen magnetischen Schicht (518) angeordnet ist.