KR101835927B1 - 대칭 스위칭 및 단일 방향 전류 프로그래밍을 갖는 스핀-토크 전달 자기 메모리 셀 구조물 - Google Patents
대칭 스위칭 및 단일 방향 전류 프로그래밍을 갖는 스핀-토크 전달 자기 메모리 셀 구조물 Download PDFInfo
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Abstract
Description
도 1은 고정 영역의 자화에 대해 평행인 자화를 가지도록 프로그래밍되어 있는 자유 영역을 가지는 STT-MRAM 셀 구조물을 나타낸 도면.
도 2는 고정 영역의 자화에 대해 반평행인 자화를 가지도록 프로그래밍되어 있는 자유 영역을 가지는 STT-MRAM 셀 구조물을 나타낸 도면.
도 3은 도 1 및 도 2에 예시되어 있는 바와 같이, 고정 영역의 자화에 대해 평행 및 반평행인 자화를 가지도록 자유 영역을 스위칭시키기 위해 이용되는 추정된 프로그래밍 전류를 플로팅한 차트를 나타낸 도면.
도 4는 본 기술의 실시예들에 따른, 참조 고정 영역과 자유 영역 사이에 평행 자화를 가지도록 프로그래밍되는 대칭 프로그래밍을 위해 구성되어 있는 STT-MRAM 셀 구조물을 나타낸 도면.
도 5는 본 기술의 실시예들에 따른, 참조 고정 영역과 자유 영역 사이에 반평행 자화를 가지도록 프로그래밍되는 대칭 프로그래밍을 위해 구성되어 있는 STT-MRAM 셀 구조물을 나타낸 도면.
도 6은 본 기술의 실시예들에 따른, 비자기 영역(nonmagnetic region)에 스핀 축적하도록 구성되어 있는 STT-MRAM 셀 구조물을 나타낸 도면.
도 7a 내지 도 7j는 본 기술의 실시예들에 따른, 대칭 프로그래밍을 위해 구성되어 있는 STT-MRAM 셀을 형성하는 기술의 x-방향 및 y-방향에서의 일련의 측면도를 나타낸 도면.
도 8은 본 기술의 실시예들에 따른, 도 7a 내지 도 7e에 나타낸 기법들을 사용하여 형성된 STT-MRAM 셀 구조물을 나타낸 도면.
Claims (25)
- STT-MRAM(spin torque transfer magnetic random access memory) 셀 구조물로서,
적어도 제1 측면, 제2 측면 및 제3 측면을 갖는 비자성 영역(nonmagnetic region);
상기 비자성 영역의 상기 제1 측면과 직접 접촉하여 배치되어 있는 고정 자화 배향(fixed magnetization orientation)을 갖는 제1 영역;
상기 비자성 영역의 상기 제2 측면과 직접 접촉하여 배치되어 있는 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역;
상기 비자성 영역의 상기 제3 측면을 따라 배치되어 있는 자유 자화 배향(free magnetization orientation)을 갖는 영역; 및
상기 자유 자화 배향을 갖는 영역을 따라 배치되어 있는 상단 전극(top electrode) - 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역은 상기 상단 전극과 상기 비자성 영역 사이에 개재됨 -
을 포함하는 STT-MRAM 셀 구조물. - 제1항에 있어서, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역, 또는 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역 중 어느 것도 서로 직접 접촉해 있지 않는, STT-MRAM 셀 구조물.
- 삭제
- STT-MRAM(spin torque transfer magnetic random access memory) 셀 구조물로서,
적어도 제1 측면, 제2 측면 및 제3 측면을 갖는 비자성 영역;
상기 비자성 영역의 상기 제1 측면을 따라 배치되어 있는 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역;
상기 비자성 영역의 상기 제2 측면을 따라 배치되어 있는 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역; 및
상기 비자성 영역의 상기 제3 측면을 따라 배치되어 있는 자유 자화 배향을 갖는 영역
을 포함하고,
상기 자유 자화 배향을 갖는 영역을 통한 상기 비자성 영역 및 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역으로의 프로그래밍 전류로 인해 전자들이 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역으로부터 상기 비자성 영역 및 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역을 통해 전파되어, 상기 영역의 자화를 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역의 자화에 대해 평행하게 스위칭시키도록, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역이 접지되도록 구성되는, STT-MRAM 셀 구조물. - 제4항에 있어서, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역을 통한 상기 비자성 영역 및 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역으로 흐르는 프로그래밍 전류로 인해 전자들이 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역으로부터 상기 비자성 영역 및 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역을 통해 전파되어, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역의 자화를 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역의 자화에 대해 반평행(antiparallel)하게 스위칭시키도록, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역이 접지되도록 구성되는, STT-MRAM 셀 구조물.
- 제1항에 있어서, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역과 상기 비자성 영역 사이에 배치되어 있는 터널 장벽을 포함하는, STT-MRAM 셀 구조물.
- STT-MRAM(spin torque transfer magnetic random access memory) 셀 구조물로서,
적어도 제1 측면, 제2 측면 및 제3 측면을 갖는 비자성 영역;
상기 비자성 영역의 상기 제1 측면을 따라 배치되어 있는 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역;
상기 비자성 영역의 상기 제2 측면을 따라 배치되어 있는 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역;
상기 비자성 영역의 상기 제3 측면을 따라 배치되어 있는 자유 자화 배향을 갖는 영역;
상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역이 상기 비자성 영역과 접촉하고 있는 제1 계면 - 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역으로부터 상기 제1 계면을 통해 통과하는 전자들이 상기 비자성 영역에 축적되고, 상기 통과하는 전자들은 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역의 자화에 스핀 분극됨(spin polarized) - ; 및
상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역이 상기 비자성 영역과 접촉하고 있는 제2 계면 - 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역으로부터 상기 비자성 영역으로 반사하는 전자들이 상기 비자성 영역에 축적되고, 상기 반사하는 전자들은 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역의 반대의 자화에 스핀 분극됨 -
을 포함하고,
상기 통과하는 전자들과 상기 반사하는 전자들은 실질적으로 유사한 방향으로 스핀 분극되는, STT-MRAM 셀 구조물. - 단방향 프로그래밍 전류에 의해 프로그래밍되도록 구성된 STT-MRAM(spin torque transfer magnetic random access memory) 셀로서,
제1 방향의 자화를 갖는 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역;
제2 방향의 자화를 갖는 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역;
상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역과 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역 사이의 비자성 영역; 및
상기 비자성 영역 바로 위에 배치되어 있는 자유 자화 배향을 갖는 영역
을 포함하고,
상기 자유 자화 배향을 갖는 영역은 단방향 프로그래밍 전류에 의해 자화로 스위칭되어, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역의 자화와 평행한 자화 또는 반평행한 자화 중 어느 하나를 갖도록 구성되는, STT-MRAM 셀. - 제8항에 있어서, 상기 비자성 영역으로부터 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역의 반대쪽에서 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역 위에 배치되어 있는 상단 전극을 포함하는, STT-MRAM 셀.
- 제9항에 있어서, 상기 상단 전극 위에 배치되어 있는 트랜지스터를 포함하는, STT-MRAM 셀.
- 제8항에 있어서, 제1 구성에서 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역은 접지되며 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역은 부유되고(floating), 제2 구성에서 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역은 접지되며 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역은 부유되는, STT-MRAM 셀.
- 제8항에 있어서, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역은, 프로그래밍 전류가 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역의 제1 측면으로부터 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역의 제2 측면으로 흐를 때, 자화로 스위칭되도록 구성되고, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역의 상기 제2 측면은 상기 비자성 영역에 인접해 있는, STT-MRAM 셀.
- 대칭 프로그래밍하도록 구성된 STT-MRAM(spin torque transfer magnetic random access memory) 셀로서,
제1 자화를 갖는 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역;
제2 자화를 갖는 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역;
상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역과 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역 사이에 배치되어 있는 비자성 영역; 및
상기 비자성 영역 바로 위에 배치되어 있는 자유 자화 배향을 갖는 영역
을 포함하고,
상기 자유 자화 배향을 갖는 영역은 제1 프로그래밍 전류에 의해 상기 제1 자화를 갖게 스위칭되거나 또는 제2 프로그래밍 전류에 의해 상기 제2 자화를 갖게 스위칭되도록 구성되고, 상기 제1 프로그래밍 전류의 크기는 상기 제2 프로그래밍 전류의 크기와 실질적으로 유사한, STT-MRAM 셀. - 제13항에 있어서, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역, 및 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역은 접촉하고 있지 않는, STT-MRAM 셀.
- 제13항에 있어서, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역, 및 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역 각각은 Co, Fe, Ni, NiFe와 CoFe와 CoNiFe와 CoX와 CoFeX와 CoNiFeX(X= B, Cu, Re, Ru, Rh, Hf, Pd, Pt, C)를 포함한 그의 합금, Fe3O4, CrO2, NiMnSb, PtMnSb, BiFeO, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, STT-MRAM 셀.
- 제13항에 있어서, 상기 비자성 영역은 Cu, Au, Ta, Ag, CuPt, CuMn, AlxOy, MgOx, AlNx, SiNx, CaOx, NiOx, HfOx, TaxOy, ZrOx, NiMnOx, MgFx, SiC, SiOx, SiOxNy, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, STT-MRAM 셀.
- 제13항에 있어서, 상기 비자성 영역은 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역에 스핀 필터 효과를 전달하도록 구성되는, STT-MRAM 셀.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 프로그래밍 전류 및 상기 제2 프로그래밍 전류 둘 다는 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역을 통해 한쪽 방향으로 전파되는 단방향 프로그래밍 전류인, STT-MRAM 셀.
- STT-MRAM(spin torque transfer magnetic random access memory) 셀을 동작시키는 방법으로서,
상기 STT-MRAM 셀을 제1 상태에서 프로그래밍하도록 제1 프로그래밍 전류를 지향시키는 단계 - 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역으로부터 흐르는 전자들이 제2 자화로 스핀 분극되고 자유 자화 배향을 갖는 영역의 자화를 상기 제2 자화로 스위칭시키도록, 상기 제1 프로그래밍 전류가 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역 및 상기 제2 자화를 갖는 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역을 통해 지향됨 - ; 및
상기 STT-MRAM 셀을 제2 상태에서 프로그래밍하도록 제2 프로그래밍 전류를 지향시키는 단계 - 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역으로부터 흐르는 전자들이 제1 자화로 스핀 분극되고 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역의 자화를 상기 제1 자화로 스위칭시키도록, 상기 제2 프로그래밍 전류가 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역 및 상기 제1 자화를 갖는 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역을 통해 지향됨 - ;
를 포함하고,
상기 제1 프로그래밍 전류 및 상기 제2 프로그래밍 전류는 실질적으로 유사한 크기를 갖고 동일한 방향으로 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역을 통과하는, STT-MRAM 셀을 동작시키는 방법. - 제19항에 있어서, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역과 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역 사이의 비자성 영역에서 스핀 필터 효과를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 스핀 필터 효과는 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역의 자화를 상기 제1 자화 또는 상기 제2 자화 중 어느 하나로 스위칭하는 것에 기여하는, STT-MRAM 셀을 동작시키는 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역의 자화를 상기 제1 자화로 스위칭하는 것은 상기 STT-MRAM 셀을 제1 메모리 상태로 프로그래밍하고, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역의 자화를 상기 제2 자화로 스위칭하는 것은 상기 STT-MRAM 셀을 제2 메모리 상태로 프로그래밍하는, STT-MRAM 셀을 동작시키는 방법.
- 셀 구조물을 형성하기 위한 방법으로서,
기판에 리세스를 형성하는 단계;
상기 리세스 내에 트랜지스터를 형성하는 단계;
상기 리세스 내에 그리고 상기 트랜지스터 위에 자유 자화 배향을 갖는 영역을 형성하는 단계;
상기 자유 자화 배향을 갖는 영역이 비자성 영역의 제1 측면과 접촉하도록, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역 위에 상기 비자성 영역을 형성하는 단계; 및
고정 자화 배향을 갖는 제1 영역이 상기 비자성 영역의 제2 측면과 직접 접촉하고 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역이 상기 비자성 영역의 제3 측면과 직접 접촉하도록, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역 및 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 자유 자화 배향을 갖는 영역, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역, 또는 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역 중 어느 것도 접촉하지 않는, 셀 구조물을 형성하기 위한 방법. - 제22항에 있어서, 상기 트랜지스터 위에 상단 전극을 형성하고, 상기 상단 전극 위에 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 셀 구조물을 형성하기 위한 방법.
- 셀 구조물을 형성하기 위한 방법으로서,
기판에 리세스를 형성하는 단계;
상기 리세스 내에 트랜지스터를 형성하는 단계;
상기 리세스 내에 그리고 상기 트랜지스터 위에 자유 자화 배향을 갖는 영역을 형성하는 단계;
상기 자유 자화 배향을 갖는 영역이 비자성 영역의 제1 측면과 접촉하도록, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역 위에 상기 비자성 영역을 형성하는 단계;
고정 자화 배향을 갖는 제1 영역이 상기 비자성 영역의 제2 측면과 접촉하고 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역이 상기 비자성 영역의 제3 측면과 인접해 있도록, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역 및 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역을 형성하는 단계 - 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역, 또는 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역 중 어느 것도 접촉하지 않음 - ;
상기 트랜지스터 위에 상단 전극을 형성하고, 상기 상단 전극 위에 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역을 형성하는 단계; 및
상기 상단 전극 위에 스페이서 영역을 형성하고, 상기 스페이서 영역의 내측 주변부(inner perimeter) 내에 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역을 퇴적시키는 단계
를 포함하는 셀 구조물을 형성하기 위한 방법. - 셀 구조물을 형성하기 위한 방법으로서,
기판에 리세스를 형성하는 단계;
상기 리세스 내에 트랜지스터를 형성하는 단계;
상기 리세스 내에 그리고 상기 트랜지스터 위에 자유 자화 배향을 갖는 영역을 형성하는 단계;
상기 자유 자화 배향을 갖는 영역이 비자성 영역의 제1 측면과 접촉하도록, 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역 위에 상기 비자성 영역을 형성하는 단계;
고정 자화 배향을 갖는 제1 영역이 상기 비자성 영역의 제2 측면과 접촉하고 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역이 상기 비자성 영역의 제3 측면과 인접해 있도록, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역 및 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역을 형성하는 단계 - 상기 자유 자화 배향을 갖는 영역, 상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역, 또는 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역 중 어느 것도 접촉하지 않음 - ; 및
상기 고정 자화 배향을 갖는 제1 영역 또는 상기 고정 자화 배향을 갖는 제2 영역 중 어느 하나를 접지시키도록 스위치를 형성하는 단계
를 포함하는 셀 구조물을 형성하기 위한 방법.
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