本申請(qǐng)要求于2015年10月23日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2015-0148068、發(fā)明名稱為“電子設(shè)備及其制造方法”的韓國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán),其全部?jī)?nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
本專利文件涉及存儲(chǔ)電路或者存儲(chǔ)器件、以及它們?cè)陔娮釉O(shè)備或系統(tǒng)中的應(yīng)用。
背景技術(shù):
近來,隨著電子裝置趨向于小型化、低功耗、高性能、多功能性等,本領(lǐng)域需要能夠?qū)⑿畔⒋鎯?chǔ)在諸如計(jì)算機(jī)、便攜式通信設(shè)備等的各種電子裝置中的半導(dǎo)體器件,并且已經(jīng)對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行了研究。這種半導(dǎo)體器件包括如下的半導(dǎo)體器件,所述的半導(dǎo)體器件能夠利用其根據(jù)施加的電壓或電流而在不同的電阻狀態(tài)之間切換的特性來存儲(chǔ)數(shù)據(jù),例如,RRAM(電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、PRAM(相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、FRAM(鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、MRAM(磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、電熔絲等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本專利文件中所公開的技術(shù)包括:存儲(chǔ)電路或者存儲(chǔ)器件、存儲(chǔ)電路或者存儲(chǔ)器件在電子設(shè)備或系統(tǒng)中的應(yīng)用以及可變電阻元件的特性在其內(nèi)能夠被改善的電子設(shè)備的各種實(shí)施方式。
在一個(gè)實(shí)施方式中,提供了包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的電子設(shè)備,其中,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間,其中,自由層包括CoFeAlB合金。
以上電子設(shè)備的實(shí)施方式可以包括以下中的一個(gè)或多個(gè)。
Al在CoFeAlB合金中的含量小于10%。Al在CoFeAlB合金中的含量為5%或更多。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器還包括底層,底層設(shè)置在MTJ結(jié)構(gòu)之下,并且用于增加位于底層之上的層的垂直磁性晶體各向異性。底層包括AIN。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器還包括磁校正層,所述磁校正層減少由釘扎層產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)的影響。磁校正層設(shè)置在MTJ結(jié)構(gòu)之上。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器還包括間隔件層,所述間隔件層夾在MTJ結(jié)構(gòu)與磁校正層之間,并且包括貴金屬。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器還包括一個(gè)或多個(gè)層,所述一個(gè)或多個(gè)層設(shè)置在MTJ結(jié)構(gòu)之上或之下,并且具 有與MTJ結(jié)構(gòu)的側(cè)壁對(duì)齊的側(cè)壁。底層的側(cè)壁不與MTJ結(jié)構(gòu)的側(cè)壁對(duì)齊。底層的上表面的寬度比MTJ結(jié)構(gòu)的下表面的寬度大。
在一個(gè)實(shí)施方式中,提供了包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的電子設(shè)備,其中,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間,其中,自由層包括CoFeXB合金,其中,CoFeXB合金中的X為金屬,該金屬具有增加自由層的垂直各向異性場(chǎng)的含量的同時(shí)降低自由層的阻尼常數(shù)。
在該實(shí)施方式中,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器還包括底層,所述底層設(shè)置在MTJ結(jié)構(gòu)之下,并且包括一種X的氮化物。
電子設(shè)備還可以包括微處理器,微處理器包括:控制單元,被配置成從微處理器的外部接收包括命令的信號(hào),并且執(zhí)行命令的提取、解碼或者控制微處理器的信號(hào)的輸入或輸出;操作單元,被配置成基于控制單元對(duì)命令解碼的結(jié)果而執(zhí)行運(yùn)算;以及存儲(chǔ)單元,被配置成存儲(chǔ)用于執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)、與執(zhí)行運(yùn)算的結(jié)果相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)或者用于執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)的地址,其中,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是微處理器中的存儲(chǔ)單元的部件。
電子設(shè)備還可以包括處理器,處理器包括:核心單元,被配置成基于從處理器的外部輸入的命令,通過使用數(shù)據(jù)而執(zhí)行與命令相對(duì)應(yīng)的操作;高速緩沖存儲(chǔ)單元,被配置成存儲(chǔ)用于執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)、與執(zhí)行運(yùn)算的結(jié)果相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)或者用于執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)的地址;以及總線接口,連接在核心單元與高速緩沖存儲(chǔ)單元之間,并且被配置成在核心單元與高速緩沖存儲(chǔ)單元之間傳送數(shù)據(jù),其中,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是處理器中的高速緩沖存儲(chǔ)單元的部件。
電子設(shè)備還可以包括處理系統(tǒng),處理系統(tǒng)包括:處理器,被配置成將由處理器接收的命令解碼,并且基于對(duì)命令解碼的結(jié)果而控制對(duì)信息的操作;輔助存儲(chǔ)器件,被配置成存儲(chǔ)用于將命令和信息解碼的程序;主存儲(chǔ)器件,被配置成調(diào)用和存儲(chǔ)來自輔助存儲(chǔ)器件的程序和信息,使得處理器在執(zhí)行程序時(shí)能夠使用程序和信息而執(zhí)行操作;以及接口器件,被配置成在處理器、輔助存儲(chǔ)器件和主存儲(chǔ)器件中的至少一個(gè)與外部之間執(zhí)行通信,其中,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是處理系統(tǒng)中的輔助存儲(chǔ)器件或者主存儲(chǔ)器件的部件。
電子設(shè)備還可以包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)包括:存儲(chǔ)器件,被配置成存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并且無論電源供給與否均保存存儲(chǔ)的數(shù)據(jù);控制器,被配置成根據(jù)從外部輸入的命令而控制輸入數(shù)據(jù)至存儲(chǔ)器件和從存儲(chǔ)器件輸出數(shù)據(jù);暫時(shí)存儲(chǔ)器件,被配置成暫時(shí)地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器件與外部之間交換的數(shù)據(jù);以及接口,被配置成在存儲(chǔ)器件、控制器和暫時(shí)存儲(chǔ)器件中的至少一個(gè)與外部之間執(zhí)行通信,其中,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中 的存儲(chǔ)器件或者暫時(shí)存儲(chǔ)器件的部件。
電子設(shè)備還可以包括存儲(chǔ)系統(tǒng),存儲(chǔ)系統(tǒng)包括:存儲(chǔ)器,被配置成存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并且無論電源供給與否均保存存儲(chǔ)的數(shù)據(jù);存儲(chǔ)器控制器,被配置成根據(jù)從外部輸入的命令而控制輸入數(shù)據(jù)至存儲(chǔ)器和從存儲(chǔ)器輸出數(shù)據(jù);緩沖存儲(chǔ)器,被配置成緩沖在存儲(chǔ)器與外部之間交換的數(shù)據(jù);以及接口,被配置成在存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器控制器和緩沖存儲(chǔ)器中的至少一個(gè)與外部之間執(zhí)行通信,其中,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器或者緩沖存儲(chǔ)器的部件。
在一個(gè)實(shí)施方式中,一種用于制造包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的電子設(shè)備的方法包括在襯底之上形成磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該步驟包括:提供襯底;以及在襯底之上形成磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),所述磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向并且包括CoFeAlB合金;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間。
以上方法的實(shí)施方式可以包括以下中的一個(gè)或多個(gè)。
為了提供包括CoFeAlB合金的自由層,MTJ結(jié)構(gòu)的形成包括:在襯底之上沉積CoFeB層;沉積Al層;以及執(zhí)行熱處理。Al層的厚度與CoFeB層的厚度之比小于1/9。在CoFeB層的沉積之前或之后執(zhí)行Al層的沉積。該方法還包括重復(fù)Al層的沉積和CoFeB層的沉積。MTJ結(jié)構(gòu)的形成包括:使用CoFeAlB合金靶而執(zhí)行物理沉積,以提供包括CoFeAlB合金的自由層。MTJ結(jié)構(gòu)的形成包括:使用CoFeB靶和Al靶二者而執(zhí)行物理沉積,以提供包括CoFeAlB合金的自由層。
在附圖、說明書和權(quán)利要求中更加詳細(xì)地描述這些和其他的方面、實(shí)施方式和相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。
附圖說明
圖1為圖示了根據(jù)所公開技術(shù)的實(shí)施方式的可變電阻元件的截面圖。
圖2A為示出了根據(jù)可比較的示例的包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的可變電阻元件的磁滯回線的示圖,而圖2B為示出根據(jù)所公開技術(shù)的實(shí)施方式的包括MTJ結(jié)構(gòu)的可變電阻元件的磁滯回線的示圖。
圖3為示出了根據(jù)可比較示例和所公開技術(shù)的實(shí)施方式的自由層的阻尼常數(shù)的曲線圖。
圖4為示出了根據(jù)所公開技術(shù)的實(shí)施方式的自由層的垂直各向異性場(chǎng)(Hk)和阻尼 常數(shù)值的曲線圖。
圖5A為圖示了制造圖1所示的自由層的方法的一個(gè)示例的截面圖。
圖5B為圖示了制造圖1所示的自由層的方法的另一個(gè)示例的截面圖。
圖6A為圖示了根據(jù)所公開技術(shù)的實(shí)施方式的存儲(chǔ)器件及其制造方法的截面圖。
圖6B為圖示了根據(jù)所公開技術(shù)的實(shí)施方式的存儲(chǔ)器件及其制造方法的截面圖。
圖7為實(shí)施基于所公開技術(shù)的存儲(chǔ)電路的微處理器的配置圖的示例。
圖8為實(shí)施基于所公開技術(shù)的存儲(chǔ)電路的處理器的配置圖的示例。
圖9為實(shí)施基于所公開技術(shù)的存儲(chǔ)電路的系統(tǒng)的配置圖的示例。
圖10為實(shí)施基于所公開技術(shù)的存儲(chǔ)電路的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置圖的示例。
圖11為實(shí)施基于所公開技術(shù)的存儲(chǔ)電路的存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置圖的示例。
具體實(shí)施方式
以下將參照附圖來詳細(xì)地描述所公開技術(shù)的各種示例和實(shí)施方式。
附圖并非必須按比例繪制,并且在某些情況下,為了清楚地示出所描述的示例或者實(shí)施方式的某些特征,可能對(duì)附圖中至少一些結(jié)構(gòu)的比例做夸大處理。在附圖或描述中呈現(xiàn)具有兩層或多個(gè)層的多層結(jié)構(gòu)的特定示例時(shí),所示的這些層的相對(duì)位置關(guān)系或者排列層的順序反映了所述或所示示例的特定實(shí)施方式,并且不同的相對(duì)位置關(guān)系或者排列層的順序也是可能的。另外,多層結(jié)構(gòu)的所述示例或所示示例可以不反映出存在于特定多層結(jié)構(gòu)中的全部層(例如,一個(gè)或多個(gè)額外的層可以存在于兩個(gè)所示的層之間)。作為特定的示例,當(dāng)在所述或所示的多層結(jié)構(gòu)中的第一層被提及在第二層“上”或“之上”或者在襯底“上”或“之上”時(shí),第一層可以直接形成在第二層上或者襯底上,但還可以表示一種結(jié)構(gòu),其中一個(gè)或多個(gè)其它的中間層可以存在于第一層與第二層之間或者第一層與襯底之間。
如本文中所利用的,術(shù)語“可變電阻元件”涉及一種能夠根據(jù)施加至其兩個(gè)端部的電壓或電流而在不同的電阻狀態(tài)之間切換的元件??勺冸娮柙梢愿鶕?jù)其電阻狀態(tài)來存儲(chǔ)不同的數(shù)據(jù)。因而,可變電阻元件可以用作存儲(chǔ)單元。除了可變電阻元件之外,存儲(chǔ)單元還可以包括選擇元件,所述選擇元件連接至可變電阻元件,并且用于控制對(duì)于可變電阻元件的存取。可以采用各種方式來布置這種存儲(chǔ)單元,以形成半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
作為一個(gè)示例,可變電阻元件可以包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間。在這種可變電阻元件中,可以根據(jù)施加的電壓或電流來改變自由層的磁化方向,使得自由層的磁化方向能夠改變至與釘扎層的磁化方向平行或反向平行的方向。因而,可變電阻元件能夠在低電阻狀態(tài)與高電阻狀態(tài)之間切換。如下所述的實(shí)施方式旨在提供改進(jìn)的可變電阻元件,所述元件能夠滿足或增強(qiáng)上述可變電阻元件所需的各種特性。
圖1為圖示了根據(jù)所公開技術(shù)的實(shí)施方式的可變電阻元件的截面圖。
參見圖1,根據(jù)所公開技術(shù)的實(shí)施方式的可變電阻元件100可以包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層120,具有可改變的磁化方向;釘扎層140,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層130,夾在自由層120與釘扎層140之間。
自由層120具有可改變的磁化方向,因而能夠存儲(chǔ)不同的數(shù)據(jù)。該層還可以稱為存儲(chǔ)層等。自由層120的磁化方向可以與自由層的表面大體上垂直。換言之,自由層120的磁化方向可以與自由層120、隧道阻擋層130以及釘扎層140彼此層疊的方向大體上平行。因而,自由層120的磁化方向在向下方向和向上方向之間變化??梢酝ㄟ^自旋轉(zhuǎn)移力矩引起自由層120的磁化方向的變化。在本實(shí)施方式中,自由層可以包括為鐵磁材料的CoFeAlB合金。在一些實(shí)施方式中,Al在CoFeAlB合金中的含量可以小于10%。通過具有包括CoFeAlB合金的自由層120,可以提供各種優(yōu)點(diǎn)。
與自由層120的磁化方向相比,釘扎層140具有釘扎的磁化方向,并且可以被稱為參考層等。盡管圖1圖示了釘扎層140具有向下的磁化方向,但是釘扎層140還可以具有向上的磁化方向。釘扎層140可以具有包括鐵磁材料的單層或多層的結(jié)構(gòu)。例如,釘扎層140可以包括基于Fe、Ni或Co的合金,例如,F(xiàn)e-Pt合金、Fe-Pd合金、Co-Pd合金、Co-Pt合金、Fe-Ni-Pt合金、Co-Fe-Pt合金、Co-Ni-Pt合金、Fe-Pd合金、Co-Pd合金、Co-Pt合金、Fe-Ni-Pt合金、Co-Fe-Pt合金、Co-Ni-Pt合金等等,或者釘扎層140可以包括金屬的疊層,例如,Co/Pt或者Co/Pd等。
隧道阻擋層130允許在用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寫入操作中的電子隧穿,使得改變自由層120的磁化方向成為可能。隧道阻擋層130可以包括電介質(zhì)氧化物,例如,諸如MgO、CaO、SrO、TiO、VO或者NbO等等的氧化物。
如果將電壓或電流施加至上述MTJ結(jié)構(gòu)中的可變電阻元件100的上部和下部,則自由層120的磁化方向可以通過自旋轉(zhuǎn)移力矩來改變。如果自由層120的磁化方向與釘扎層140的磁化方向平行,則可變電阻元件100可以處于低電阻狀態(tài),并且可以存儲(chǔ)例 如數(shù)據(jù)‘1’。相反地,如果自由層120的磁化方向與釘扎層140的磁化方向反向平行,則可變電阻元件100可以處于高電阻狀態(tài),并且可以存儲(chǔ)例如數(shù)據(jù)‘0’。另外,自由層120和釘扎層140的位置可以倒轉(zhuǎn)。例如,自由層140可以位于隧道阻擋層130之下,而自由層120可以位于隧道阻擋層130之上。
將參照?qǐng)D2A至圖4來進(jìn)一步詳細(xì)地描述在本實(shí)施方式中把CoFeAlB合金用作自由層120的各種優(yōu)點(diǎn)。
圖2A為示出了根據(jù)可比較的示例的包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的可變電阻元件的磁滯回線的曲線圖,而圖2B為示出了根據(jù)本實(shí)施方式的包括MTJ結(jié)構(gòu)的可變電阻元件的磁滯回線的曲線圖。
根據(jù)可比較的示例的MTJ結(jié)構(gòu)包括作為自由層的CoFeB合金,而根據(jù)本實(shí)施方式的MTJ結(jié)構(gòu)包括作為自由層的具有小于10%的Al含量的CoFeAlB合金。
參見圖2A和圖2B,可比較示例和本實(shí)施方式示出了類似的垂直磁化特性。換言之,當(dāng)使用CoFeAlB而不是主要用作自由層的CoFeB作為自由層時(shí),自由層的垂直磁化特性不受影響。
圖3示出了根據(jù)可比較示例和所公開技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方式的自由層的阻尼常數(shù)的兩個(gè)曲線圖。在圖3中,x軸表示歸一化的Hk(垂直各向異性場(chǎng))值,而y軸表示歸一化的阻尼常數(shù)值??杀容^示例的自由層包括CoFeB合金,而本實(shí)施方式的自由層包括CoFeAlB合金。
參見圖3,在CoFeB合金的情況下,存在的問題在于,阻尼常數(shù)值隨著HK值的增加(即,垂直磁各向異性增加)而增加。相反地,在CoFeAlB合金的情況下,可以看出:當(dāng)Hk值增加時(shí),阻尼常數(shù)值降低。因而,在等于或大于某一水平的Hk值處,CoFeAlB合金可以具有低于CoFeB合金的阻尼常數(shù)值的阻尼常數(shù)值。正如以下將討論的,阻尼常數(shù)值與用于在不同的電阻狀態(tài)之間切換所需的電流密度有關(guān),因而能夠通過降低阻尼常數(shù)值來改善可變電阻元件的特性。
上述自旋轉(zhuǎn)移力矩所需的電流密度與阻尼常數(shù)成比例。因而,如果自由層的阻尼常數(shù)低,則即便在低電流下也能容易地改變自由層的磁化方向。換言之,能夠獲得即便在低驅(qū)動(dòng)電流下也能操作的可變電阻元件。在這種情況下,還存在的優(yōu)點(diǎn)在于,可以減小與可變電阻元件連接的選擇元件等的尺寸,使得能夠增加包括可變電阻元件和選擇元件的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的集成密度。
圖4為示出了以本實(shí)施方式的自由層的Al含量為根據(jù)的自由層的垂直各向異性場(chǎng) (Hk)和阻尼常數(shù)值的曲線圖。在圖4中,左側(cè)的y軸表示歸一化的Hk值,而右側(cè)的y軸表示歸一化的阻尼常數(shù)值。正如以下參照?qǐng)D5A和圖5B所述的,根據(jù)本實(shí)施方式的自由層可以通過以下方式來形成:將CoFeB層和Al層沉積,并且對(duì)被沉積的層進(jìn)行熱處理,以形成CoFeAlB合金。在圖4中,x軸表示Al層的歸一化的厚度,所述厚度在CoFeB層的厚度固定在恒定值的狀態(tài)下改變。
參見圖4,可以看出,如果Al層的厚度與CoFeB層的厚度相比增加,則阻尼常數(shù)值改變很小或不改變。然而,隨著Al層的厚度增加,Hk值大大地降低。由于Al層的厚度增加意味著Al在CoFeAlB合金中的含量增加,所以可以看出,Al層的厚度與CoFeB層的厚度之比,即Al在CoFeAlB合金中的含量應(yīng)當(dāng)降低至某一水平或者更小,以滿足期望的Hk值和期望的阻尼常數(shù)值二者。
在圖4中,兩個(gè)曲線圖中的每個(gè)具有四個(gè)點(diǎn)。在下文中,點(diǎn)被稱為沿著X方向的第一個(gè)點(diǎn)至第四個(gè)點(diǎn)。在兩個(gè)曲線圖的最左側(cè)的第一個(gè)點(diǎn)分別表示當(dāng)CoFeB層的厚度大約為1.4nm和Al層的厚度大約為0.05nm時(shí)的Hk值和阻尼常數(shù)值。在這種情況下,Al在CoFeAlB合金中的含量可以大約為3%-4%。
在兩個(gè)曲線圖的第二個(gè)點(diǎn)分別表示當(dāng)CoFeB層的厚度大約為1.4nm和Al層的厚度大約為0.1nm時(shí)的Hk值和阻尼常數(shù)值。在這種情況下,Al在CoFeAlB合金中的含量可以大約為6%-7%。
在兩個(gè)曲線圖的第三個(gè)點(diǎn)分別表示當(dāng)CoFeB層的厚度大約為1.4nm和Al層的厚度大約為0.15nm時(shí)的Hk值和阻尼常數(shù)值。在這種情況下,Al在CoFeAlB合金中的含量可以大約為9%-10%。
在兩個(gè)曲線圖的第四個(gè)點(diǎn)分別表示當(dāng)CoFeB層的厚度大約為1.4nm和Al層的厚度大約為0.2nm時(shí)的Hk值和阻尼常數(shù)值。在這種情況下,Al在CoFeAlB合金中的含量可以大約為12%-13%。
將上述實(shí)驗(yàn)示例一起考慮,Al在CoFeAlB合金中的含量可以優(yōu)選地小于10%,以使阻尼常數(shù)值和Hk值二者都保持它們期望的水平或范圍。這是因?yàn)椋绻鸄l在CoFeAlB合金中的含量大于10%,則Hk值會(huì)大大地降低,這是不期望的。在某些實(shí)施方式中,Al在CoFeAlB合金中的含量可以大于5%,并且小于10%。這是因?yàn)?,隨著Al的含量增加,盡管阻尼常數(shù)值大體上是恒定的,但阻尼常數(shù)值也稍微增加。
在本實(shí)施方式中,如果將CoFeAlB合金用作自由層,并且將Al在CoFeAlB合金中的含量控制為小于10%,則能夠保證高垂直磁各向異性和低阻尼常數(shù)二者。因而,可以 改善可變電阻元件的存儲(chǔ)特性和操作特性。
再次參見圖1,可變電阻元件100除了MTJ結(jié)構(gòu)之外,還可以包括用于改善MTJ結(jié)構(gòu)特性的各種層或者用于形成MTJ結(jié)構(gòu)的工藝。例如,可變電阻元件100還可以包括:底層110、間隔件層150、磁校正層160以及覆蓋層170。
底層110可以位于MTJ結(jié)構(gòu)之間,并且可以用于改善MTJ結(jié)構(gòu)的特性。例如,底層110可以具有各種晶體結(jié)構(gòu),使其能夠用于改善設(shè)置在底層110上的層(例如,自由層120)的垂直磁性晶體各向異性。該底層110可以具有包括金屬、金屬氮化物或者它們的組合的單層或多層結(jié)構(gòu)。
如果底層110用于改善自由層120的垂直磁各向異性,則當(dāng)使用包括如本實(shí)施方式中所述的CoFeAlB合金的自由層時(shí),底層110的厚度會(huì)減小。具體地,在可比較示例中,包括CoFeB合金的自由層形成在底層上,底層應(yīng)當(dāng)具有等于或大于某一水平的厚度,使得自由層能夠用于改善自由層的垂直磁各向異性。然而,在包括CoFeAlB合金的自由層120形成在底層110上的本實(shí)施方式的情況下,即使當(dāng)?shù)讓?10的厚度與可比較示例的底層的厚度相比減小時(shí),也能滿足類似于可比較示例的垂直磁性晶體各向異性。當(dāng)包括圖2A的CoFeB的自由層行形成在包括AlN的0.8nm厚的底層上時(shí),獲得圖2A中所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)包括圖2B的CoFeAlB的自由層行形成在包括AlN的0.4nm厚的底層上時(shí),獲得圖2B中所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖2A和圖2B的這些結(jié)果中,可以看出:在底層由與可比較示例相同的材料組成時(shí),即使底層的厚度減少至可比較示例的厚度的一半,所公開技術(shù)的本實(shí)施方式也能夠呈現(xiàn)出類似于可比較示例的垂直磁各向異性。
如上所述,如果底層110的厚度減小,則可以減少在用于形成可變電阻元件100的圖案化工藝中由將底層110的材料再沉積在可變電阻元件100的側(cè)壁上所引起的不期望的漏電。另外,能夠減小在用于形成可變電阻元件100的圖案化工藝中的刻蝕時(shí)間,因而,能夠減少在可變電阻元件100的側(cè)壁中發(fā)生的刻蝕缺陷。
磁校正層160能夠用于抵消或降低由在自由層120處或者在自由層120上的釘扎層140所產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)的影響。在這種情況下,能夠降低自由層120上的釘扎層140的雜散磁場(chǎng)的影響,因而能夠降低自由層120內(nèi)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁校正層160可以具有與釘扎層140的磁化方向反向平行的磁化方向。在本實(shí)施方式中,如果釘扎層140具有向下的磁化方向,則磁校正層160可以具有向上的磁化方向。相反地,如果釘扎層140具有向上的磁化方向,則磁校正層160可以具有向下的磁化方向。磁校正層160可以具有包括鐵磁材料的單層或多層的結(jié)構(gòu)。
盡管在本實(shí)施方式中的磁校正層160位于釘扎層140之上,但是可以各種方式來改 變磁校正層160的位置。例如,磁校正層160可以位于MTJ結(jié)構(gòu)之下。可替選地,例如,磁校正層160可以位于MTJ結(jié)構(gòu)之上、之下或者旁邊,并且可以與MTJ結(jié)構(gòu)分別地被圖案化。
間隔件層150可以夾在磁校正層160與釘扎層140之間,使得間隔件層能夠用作它們之間的緩沖器,以改善磁校正層160的特性。間隔件層150可以包括貴金屬,例如Ru。
覆蓋層170在用于形成可變電阻元件100的圖案化工藝中用作硬掩模,并且可以包括各種導(dǎo)電材料,例如金屬。例如,覆蓋層170可以由金屬基材料形成,所述金屬基材料在層內(nèi)引起的針孔缺陷更少,并且相對(duì)于濕法刻蝕和/或干法刻蝕具有高阻抗。例如,覆蓋層170可以包括貴金屬,例如Ru。
同時(shí),可以通過各種方法來形成包括CoFeAlB合金的自由層120,并且這些方法將通過參照?qǐng)D5A和圖5B的示例來描述。
圖5A為圖示了用于制造圖1所示的自由層的方法的一個(gè)示例的截面圖,而圖5B為圖示了用于制造圖1所示的自由層的方法的另一個(gè)示例的截面圖。
參見圖5A,具有第一厚度T1的Al層122可以沉積在底層110上。然后,在Al層122上,可以沉積具有大于第一厚度T1的第二厚度T2的CoFeB層124。接著,可以執(zhí)行熱處理工藝,以使Al層122與CoFeB層124反應(yīng),由此形成CoFeAlB合金。可以控制第一厚度T1與第二厚度T2之比,以使Al在CoFeAlB中的含量將小于10%。例如,可以將第一厚度T1與第二厚度T2之比控制為小于大約1:9。
作為另一個(gè)示例,盡管在附圖中未示出,但是CoFeAlB也可以通過以下方式來形成:將CoFeB層124沉積在底層110上,在CoFeB層124上形成Al層122,然后使沉積的層經(jīng)受熱處理工藝。
參見圖5B,CoFeAlB合金還可以通過在底層110上順序地沉積第一CoFeB層124A、Al層122和第二CoFeB層124B,然后使沉積的層經(jīng)受熱處理工藝來形成。在本文中,第一CoFeB層124A的厚度T2A和第二CoFeB層124B的厚度T2B之和可以與圖5A所示的第二厚度T2大體上相同。
作為另一個(gè)示例,盡管在附圖中未示出,但CoFeAlB合金還可以通過將多個(gè)CoFeB層和多個(gè)Al層交替地沉積,然后使沉積的層經(jīng)受熱處理工藝來形成。
作為又一個(gè)示例,盡管在附圖中未示出,但CoFeAlB合金還可以通過利用CoFeAlB合金靶的物理氣相沉積工藝(例如,濺射工藝)來形成。
作為又一個(gè)示例,盡管在附圖中未示出,但CoFeAlB合金還可以通過利用CoFeB靶和Al靶的物理氣相沉積工藝(例如,共濺射工藝)來形成。
可以布置如上所述的多個(gè)可變電阻元件100,以形成半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器還可以包括各種部件,包括源自每個(gè)可變電阻元件100的兩個(gè)端部的線或元件。將通過參照?qǐng)D6A和圖6B示例來描述該半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。
圖6A為圖示了根據(jù)所公開技術(shù)的實(shí)施方式的存儲(chǔ)器件及其制造方法的截面圖。
參見圖6A,根據(jù)該實(shí)施方式的存儲(chǔ)器件可以包括:襯底600,其具有形成于其中的某一所需的元件(未示出),例如,用于控制對(duì)于可變電阻元件100的訪問的晶體管;底接觸620,其位于襯底600上,并且將多個(gè)可變電阻元件100的每個(gè)的下端與襯底600的一部分(例如,晶體管的漏極)連接;可變電阻元件100,其位于每個(gè)底接觸620上;以及頂接觸640,其位于多個(gè)可變電阻元件100的每個(gè)上,并且將多個(gè)可變電阻元件100的每個(gè)的上端與某一線(未示出)連接,例如位線。
如上所述的存儲(chǔ)器件可以通過以下方法來形成。
首先,可以提供具有形成于其中的晶體管等的襯底,然后可以在襯底600上形成第一層間絕緣層610。接著,可以選擇性地刻蝕第一層間絕緣層610,以形成暴露出襯底600的一部分的孔,此后可以將導(dǎo)電材料填充在孔內(nèi),以形成底接觸620。此后,形成可變電阻元件100的材料層可以形成在底接觸620和第一層間絕緣層610之上,然后可以選擇性地刻蝕這些材料層,由此形成可變電阻元件100。在本文中,用于形成可變電阻元件100的材料層的刻蝕可以利用具有強(qiáng)物理刻蝕屬性的工藝來執(zhí)行,例如,離子束刻蝕(IBE)工藝。接著,可以形成覆蓋可變電阻元件的第二層間絕緣層630。其后,可以選擇性地刻蝕第二層間絕緣層630,以形成暴露出可變電阻元件100的上表面的孔,然后可以將導(dǎo)電材料填充在該孔內(nèi),以形成頂接觸640。
在根據(jù)該實(shí)施方式的存儲(chǔ)器件中,形成可變電阻元件100的所有層可以具有彼此對(duì)齊的側(cè)壁。這是因?yàn)榭勺冸娮柙?00通過使用單個(gè)掩模的刻蝕工藝而形成。
然而,不同于圖6A所示的實(shí)施方式,可變電阻元件100的一部分可以與其它部分分別地被圖案化。在圖6B中圖示了該圖案化工藝。
圖6B為圖示了根據(jù)所公開技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方式的存儲(chǔ)器件及其制造方法的截面圖。圖6B所示的實(shí)施方式的描述將集中于與圖6A所示的實(shí)施方式的不同之處而進(jìn)行。
參見圖6B,在根據(jù)該實(shí)施方式的存儲(chǔ)器件中,可變電阻元件100的一部分(例如, 底層110)可以不具有與其余層的側(cè)壁對(duì)齊的側(cè)壁。底層110可以具有與底接觸625的側(cè)壁對(duì)齊的側(cè)壁。
如圖6B所示的存儲(chǔ)器件可以通過以下方法來形成。
首先,可以在襯底600上形成第一層間絕緣層610,然后可以選擇性地刻蝕第一層間絕緣層610,以形成暴露出襯底600的一部分的孔H。接著,可以形成填充孔H的下部的底接觸625。更具體地,底接觸625可以通過以下方式來形成:將覆蓋其內(nèi)形成有孔H的結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電材料沉積,然后通過回蝕工藝等來去除導(dǎo)電材料的一部分,直到導(dǎo)電材料達(dá)到期望的高度為止。接著,可以形成填充其中形成有底接觸625的孔H的其余空間的底層110。更具體地,底層110的形成可以通過如下方式來完成:形成用于底層110的材料層,所述材料層覆蓋其內(nèi)形成有底接觸625的所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu),然后執(zhí)行平坦化工藝,例如,CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)工藝,直到暴露出第一層間絕緣層610的上表面為止。接著,用于形成除了可變電阻元件100的底層110之外的其余層的材料層可以形成在底層110和第一層間絕緣層610上,然后可以選擇性地刻蝕這些材料層,由此形成可變電阻元件100的其余部分。后續(xù)的工藝與以上參照?qǐng)D6A所述的工藝大體上相同。
根據(jù)該實(shí)施方式,可以減小要通過用于形成可變電阻元件100的刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕的厚度,因而可以降低刻蝕工藝的難度。
另外,盡管該實(shí)施方式描述了將底層110填充在孔H內(nèi)的情況,但是如果需要的話,還可以將另外的層(例如,自由層120)填充在孔H內(nèi)。
此外,在該實(shí)施方式中,底層110的上表面的寬度W1可以等于或大于MTJ結(jié)構(gòu)的下表面的寬度W2。因而,MTJ結(jié)構(gòu)的整體可以存在于底層110之上。如果底層110的上表面的寬度W1小于MTJ結(jié)構(gòu)的下表面的寬度W2,則MTJ結(jié)構(gòu)將位于底層110與層間絕緣層610之間的邊界上,因而可能會(huì)發(fā)生由MTJ結(jié)構(gòu)的一部分的彎曲所引起的故障。例如,如果MTJ結(jié)構(gòu)的隧道阻擋層130彎曲,則MTJ結(jié)構(gòu)的特性可能被奈爾(neel)耦合破壞。然而,在該實(shí)施方式中能夠避免這種問題,因?yàn)镸TJ結(jié)構(gòu)形成在高平坦化的表面上。
如上所述,根據(jù)包括所公開技術(shù)的實(shí)施方式的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的電子設(shè)備及其制造方法,能夠改善可變電阻元件的特性。
基于所公開技術(shù)的以上和其它的存儲(chǔ)電路或者半導(dǎo)體器件可以用于一些設(shè)備或系統(tǒng)中。圖7至圖11提供了能夠?qū)嵤┍疚闹兴_的存儲(chǔ)電路的設(shè)備或系統(tǒng)的一些示例。
圖7為實(shí)施基于所公開技術(shù)的存儲(chǔ)電路的微處理器的配置圖的示例。
參見圖7,微處理器1000可以執(zhí)行用于控制和調(diào)節(jié)一系列處理的任務(wù):從各種外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)以及將處理結(jié)果輸出至外部設(shè)備。微處理器1000可以包括:存儲(chǔ)單元1010、操作單元1020、控制單元1030等等。微處理器1000可以是各種數(shù)據(jù)處理單元,例如中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)以及應(yīng)用處理器(AP)。
存儲(chǔ)單元1010為將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在微處理器1000內(nèi)的部件,如處理器寄存器、寄存器等。存儲(chǔ)單元1010可以包括:數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器、浮點(diǎn)寄存器等。此外,存儲(chǔ)單元1010可以包括各種寄存器。存儲(chǔ)單元1010可以執(zhí)行暫時(shí)地存儲(chǔ)要通過操作單元1020執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)、執(zhí)行運(yùn)算的結(jié)果數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)有執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)的地址的功能。
存儲(chǔ)單元1010可以包括根據(jù)實(shí)施方式的上述半導(dǎo)體器件的一個(gè)或多個(gè)。例如,存儲(chǔ)單元1010可以包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間,其中,自由層包括CoFeAlB合金。經(jīng)由此,可以改善存儲(chǔ)單元1010的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性。因此,可以改善微處理器1000的操作特性。
操作單元1020可以根據(jù)控制單元1030將命令解碼的結(jié)果來執(zhí)行四項(xiàng)算術(shù)運(yùn)算或者邏輯運(yùn)算。操作單元1020可以包括至少一個(gè)算術(shù)邏輯單元(ALU)等。
控制單元1030可以從微處理器1000的存儲(chǔ)單元1010、操作單元1020以及外部設(shè)備接收信號(hào),執(zhí)行命令的提取、解碼以及控制微處理器1000的信號(hào)的輸入和輸出,以及執(zhí)行由程序表示的處理。
根據(jù)本實(shí)施方式的微處理器1000可以額外地包括高速緩沖存儲(chǔ)單元1040,高速緩沖存儲(chǔ)單元1040能夠暫時(shí)地存儲(chǔ)從外部設(shè)備(而不是存儲(chǔ)單元1010)輸入的數(shù)據(jù)或者輸出至外部設(shè)備的數(shù)據(jù)。在這種情況下,高速緩沖存儲(chǔ)單元1040可以經(jīng)由總線接口1050與存儲(chǔ)單元1010、操作單元1020以及控制單元1030交換數(shù)據(jù)。
圖8為實(shí)施基于所公開技術(shù)的存儲(chǔ)電路的處理器的配置圖的示例。
參見圖8,處理器1100可以通過包括除了微處理器執(zhí)行的任務(wù)之外的各種功能來改善性能并實(shí)現(xiàn)多功能性,微處理器執(zhí)行用于控制和調(diào)節(jié)一系列處理的任務(wù)為:從各種外部設(shè)備接收數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù)以及將處理結(jié)果輸出至外部設(shè)備。處理器1100可以包括:核心單元1110,其用作微處理器;高速緩沖存儲(chǔ)單元1120,其用于暫時(shí)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù);以及總線接口1130,其用于在內(nèi)部設(shè)備與外部設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。處理器1100可以包括各種片上系統(tǒng)(SoC),例如多核處理器、圖形處理單元(GPU)以及應(yīng)用處理器(AP)。
本實(shí)施方式的核心單元1110為對(duì)從外部設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算的部件,并且可以包括:存儲(chǔ)單元1111、操作單元1112以及控制單元1113。
存儲(chǔ)單元1111為將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在處理器1100內(nèi)的部件,如處理器寄存器、寄存器等。存儲(chǔ)單元1111可以包括:數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器、浮點(diǎn)寄存器等。此外,存儲(chǔ)單元1111可以包括各種寄存器。存儲(chǔ)單元1111可以執(zhí)行暫時(shí)地存儲(chǔ)要通過操作單元1112執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)、執(zhí)行運(yùn)算的結(jié)果數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)有執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)的地址的功能。操作單元1112為在處理器1100內(nèi)執(zhí)行運(yùn)算的部件。操作單元1112可以根據(jù)控制單元1113將命令解碼的結(jié)果來執(zhí)行四項(xiàng)算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等。操作單元1112可以包括至少一個(gè)算術(shù)邏輯單元(ALU)等??刂茊卧?113可以從處理器1100的存儲(chǔ)單元1111、操作單元1112以及外部設(shè)備接收信號(hào),執(zhí)行命令的提取、解碼、控制處理器1100的信號(hào)的輸入和輸出,以及執(zhí)行由程序表示的處理。
高速緩沖存儲(chǔ)單元1120為暫時(shí)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以補(bǔ)償以高速操作的核心單元1110與以低速操作的外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)處理速度之差的部件。高速緩沖存儲(chǔ)單元1120可以包括:主存儲(chǔ)部1121、二級(jí)存儲(chǔ)部1122以及三級(jí)存儲(chǔ)部1123。通常,高速緩沖存儲(chǔ)單元1120包括主存儲(chǔ)部1121和二級(jí)存儲(chǔ)部1122,并且在需要高存儲(chǔ)容量的情況下可以包括三級(jí)存儲(chǔ)部1123。視情況需要,高速緩沖存儲(chǔ)單元1120可以包括數(shù)目增加的存儲(chǔ)部。也就是說,可以根據(jù)設(shè)計(jì)來改變包括在高速緩沖存儲(chǔ)單元1120中的存儲(chǔ)部的數(shù)目。主存儲(chǔ)部1121、二級(jí)存儲(chǔ)部1122和三級(jí)存儲(chǔ)部1123存儲(chǔ)和區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的速度可以相同或不同。在各個(gè)存儲(chǔ)部1121、1122和1123的速度不同的情況下,主存儲(chǔ)部1121的速度可以最大。高速緩沖存儲(chǔ)單元1120的主存儲(chǔ)部1121、二級(jí)存儲(chǔ)部1122和三級(jí)存儲(chǔ)部1123中的至少一個(gè)存儲(chǔ)部可以包括根據(jù)實(shí)施方式的上述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中的一個(gè)或多個(gè)。例如,高速緩沖存儲(chǔ)單元1120可以包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間,其中,自由層包括CoFeAlB合金。經(jīng)由此,可以改善高速緩沖存儲(chǔ)單元1120的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性。因此,可以改善處理器1100的操作特性。
盡管在圖8中示出了全部的主存儲(chǔ)部1121、二級(jí)存儲(chǔ)部1122和三級(jí)存儲(chǔ)部1123被配置在高速緩沖存儲(chǔ)單元1120的內(nèi)部,但是應(yīng)當(dāng)注意的是,高速緩沖存儲(chǔ)單元1120的全部的主存儲(chǔ)部1121、二級(jí)存儲(chǔ)部1122和三級(jí)存儲(chǔ)部1123都可以被配置在核心單元1100的外部,并且可以補(bǔ)償核心單元1110與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)處理速度之差。同時(shí),應(yīng)當(dāng)注意的是,高速緩沖存儲(chǔ)單元1120的主存儲(chǔ)部1121可以設(shè)置在核心單元1110的內(nèi)部,而二級(jí)存儲(chǔ)部1122和三級(jí)存儲(chǔ)部1123可以配置在核心單元1110的外部,以加強(qiáng)用于補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理速度之差的功能。在另一個(gè)實(shí)施方式中,主存儲(chǔ)部1121和二級(jí)存儲(chǔ)部1122 可以設(shè)置在核心單元1110的內(nèi)部,而三級(jí)存儲(chǔ)部1123可以設(shè)置在核心單元1110的外部。
總線接口1130為將核心單元1110、高速緩沖存儲(chǔ)單元1120與外部設(shè)備連接并且允許數(shù)據(jù)有效地傳輸?shù)牟考?/p>
根據(jù)本實(shí)施方式的處理器1100可以包括多個(gè)核心單元1110,并且多個(gè)核心單元1110可以共享高速緩沖存儲(chǔ)單元1120。多個(gè)核心單元1110和高速緩沖存儲(chǔ)單元1120可以直接地連接或者經(jīng)由總線接口1130來連接。多個(gè)核心單元1110可以采用與核心單元1110的上述配置相同的方式來配置。在處理器1100包括多個(gè)核心單元1110的情況下,高速緩沖存儲(chǔ)單元1120的主存儲(chǔ)部1121可以配置在每個(gè)核心單元1110內(nèi),與多個(gè)核心單元1110的數(shù)目相對(duì)應(yīng),而二級(jí)存儲(chǔ)部1122和三級(jí)存儲(chǔ)部1123可以配置在多個(gè)核心單元1110的外部,以這種方式經(jīng)由總線接口1130被共享。主存儲(chǔ)部1121的處理速度可以比二級(jí)存儲(chǔ)部1122和三級(jí)存儲(chǔ)部1123的處理速度快。在另一個(gè)實(shí)施方式中,主存儲(chǔ)部1121和二級(jí)存儲(chǔ)部1122可以配置在每個(gè)核心單元1110內(nèi),與多個(gè)核心單元1110的數(shù)目相對(duì)應(yīng),而三級(jí)存儲(chǔ)部1123可以配置在多個(gè)核心單元1110的外部,以這種方式經(jīng)由總線接口1130被共享。
根據(jù)本實(shí)施方式的處理器1100還可以包括:嵌入式存儲(chǔ)單元1140,存儲(chǔ)數(shù)據(jù);通信模塊單元1150,其能夠以有線或無線的方式將數(shù)據(jù)傳送至外部設(shè)備和從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù);存儲(chǔ)器控制單元1160,其驅(qū)動(dòng)外部存儲(chǔ)器件;以及媒體處理單元1170,其處理在處理器1100中處理的數(shù)據(jù)或者從外部輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù),并且將處理的數(shù)據(jù)輸出至外部接口設(shè)備等。此外,處理器1100可以包括多個(gè)不同的模塊和器件。在這種情況下,附加的多個(gè)模塊可以經(jīng)由總線接口1130與核心單元1110和高速緩沖存儲(chǔ)單元1120交換數(shù)據(jù),并且多個(gè)模塊彼此交換數(shù)據(jù)。
嵌入式存儲(chǔ)單元1140不僅可以包括易失性存儲(chǔ)器,還可以包括非易失性存儲(chǔ)器。易失性存儲(chǔ)器可以包括:DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、移動(dòng)DRAM、SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、以及具有與上述存儲(chǔ)器相似功能的存儲(chǔ)器等等。非易失性存儲(chǔ)器可以包括:ROM(只讀存儲(chǔ)器)、或非(NOR)快閃存儲(chǔ)器、與非(NAND)快閃存儲(chǔ)器、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)、電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STTRAM)、磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、具有相似功能的存儲(chǔ)器。
通信模塊單元1150可以包括:能夠與有線網(wǎng)絡(luò)連接的模塊、能夠與無線網(wǎng)絡(luò)連接的模塊以及能夠與有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)二者連接的模塊。有線網(wǎng)絡(luò)模塊可以包括諸如經(jīng)由傳輸線來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的各種設(shè)備的局域網(wǎng)(LAN)、通用串行總線(USB)、以太網(wǎng)、電力線通信(PLC)等。無線通信模塊可以包括諸如在不需要傳輸線的情況下發(fā)送 和接收數(shù)據(jù)的各種設(shè)備的紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(IrDA)、碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、無線LAN、Zigbee、泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)(USN)、藍(lán)牙、射頻識(shí)別(RFID)、長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)、近場(chǎng)通信(NFC)、無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)(Wibro)、高速下行鏈路分組接入(HSDPA)、寬帶CDMA(WCDMA)、超寬帶(UWB)等。
存儲(chǔ)器控制單元1160管理和處理根據(jù)不同的通信標(biāo)準(zhǔn)在處理器1100與外部存儲(chǔ)設(shè)備之間傳送的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器控制單元1160可以包括各種存儲(chǔ)器控制器,例如可以控制如下的設(shè)備的器件:IDE(集成設(shè)備電路)、SATA(串行高級(jí)技術(shù)附件)、SCSI(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)、RAID(獨(dú)立磁盤的冗余陣列)、SSD(固態(tài)盤)、eSATA(外部SATA)、PCMCIA(個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)卡國(guó)際協(xié)會(huì))、USB(通用串行總線)、安全數(shù)字(SD)卡、迷你安全數(shù)字(mSD)卡、微型安全數(shù)字(微型SD)卡、安全數(shù)字高容量(SDHC)卡、記憶棒卡、智能媒體(SM)卡、多媒體卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、緊湊型快閃(CF)卡等。
媒體處理單元1170可以處理在處理器1100中處理的數(shù)據(jù)或者從外部輸入設(shè)備以圖像、聲音和其它形式輸入的數(shù)據(jù),并且將數(shù)據(jù)輸出至外部接口設(shè)備。媒體處理單元1170可以包括:圖形處理單元(GPU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、高清晰度音頻設(shè)備(HD音頻)、高清晰度多媒體接口(HDMI)控制器等。
圖9為實(shí)施基于公開技術(shù)的存儲(chǔ)電路的系統(tǒng)的配置圖的示例。
參見圖9,系統(tǒng)1200作為用于處理數(shù)據(jù)的裝置可以執(zhí)行輸入、處理、輸出、通信、存儲(chǔ)等,以進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的一系列操控。系統(tǒng)1200可以包括:處理器1210、主存儲(chǔ)器件1220、輔助存儲(chǔ)器件1230、接口器件1240等。本實(shí)施方式的系統(tǒng)1200可以為使用處理器來操作的各種電子系統(tǒng),例如,計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、便攜式計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本、無線電話、移動(dòng)電話、智能電話、數(shù)字音樂播放器、PMP(便攜式多媒體播放器)、照相機(jī)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、攝像機(jī)、錄音機(jī)、遠(yuǎn)程信息處理、視聽(AV)系統(tǒng)、智能電視等。
處理器1210可以將輸入的命令解碼,處理針對(duì)存儲(chǔ)在系統(tǒng)1200中的數(shù)據(jù)的運(yùn)算、比較等,以及控制這些操作。處理器1210可以包括:微處理器單元(MPU)、中央處理單元(CPU)、單核/多核處理器、圖形處理單元(GPU)、應(yīng)用處理器(AP)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等。
主存儲(chǔ)器件1220為如下的存儲(chǔ)器,其在程序被執(zhí)行時(shí)能夠暫時(shí)地存儲(chǔ)、調(diào)用和執(zhí)行來自輔助存儲(chǔ)器件1230的程序代碼或者數(shù)據(jù),并且即使電源被切斷也能保持存儲(chǔ)的內(nèi)容。主存儲(chǔ)器件1220可以包括根據(jù)實(shí)施方式的上述半導(dǎo)體器件中的一個(gè)或多個(gè)。例如, 主存儲(chǔ)器件1220可以包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間,其中,自由層包括CoFeAlB合金。經(jīng)由此,可以改善主存儲(chǔ)器件1220的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性。因此,可以改善系統(tǒng)1200的操作特性。
此外,主存儲(chǔ)器件1220還可以包括當(dāng)電源被切斷時(shí)全部?jī)?nèi)容被擦除的易失性存儲(chǔ)器類型的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)等。與此不同,主存儲(chǔ)器件1220可以不包括根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件,而可以包括當(dāng)電源被切斷時(shí)全部?jī)?nèi)容被擦除的易失性存儲(chǔ)器類型的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)等。
輔助存儲(chǔ)器件1230為用于存儲(chǔ)程序代碼或者數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器件。盡管輔助存儲(chǔ)器件1230的速度比主存儲(chǔ)器件1220慢,但是輔助存儲(chǔ)器件1230能夠存儲(chǔ)更大量的數(shù)據(jù)。輔助存儲(chǔ)器件1230可以包括根據(jù)實(shí)施方式的上述半導(dǎo)體器件中的一個(gè)或多個(gè)。例如,輔助存儲(chǔ)器件1230可以包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間,其中,自由層包括CoFeAlB合金。經(jīng)由此,可以改善輔助存儲(chǔ)器件1230的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性。因此,可以改善系統(tǒng)1200的操作特性。
此外,輔助存儲(chǔ)器件1230還可以包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)(參見圖10中的附圖標(biāo)記1300),例如,使用磁性的磁帶、磁盤、使用光學(xué)的光盤、使用磁性和光學(xué)二者的磁光盤、固態(tài)盤(SSD)、USB存儲(chǔ)器(通用串行總線存儲(chǔ)器)、安全數(shù)字(SD)卡、迷你安全數(shù)字(mSD)卡、微型安全數(shù)字(微型SD)卡、安全數(shù)字高容量(SDHC)卡、記憶棒卡、智能媒體(SM)卡、多媒體卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、緊湊型快閃(CF)卡等。與此不同,輔助存儲(chǔ)器件1230可以不包括根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件,而可以包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)(參見圖10中的附圖標(biāo)記1300),例如,使用磁性的磁帶、磁盤、使用光學(xué)的光盤、使用磁性和光學(xué)二者的磁光盤、固態(tài)盤(SSD)、USB存儲(chǔ)器(通用串行總線存儲(chǔ)器)、安全數(shù)字(SD)卡、迷你安全數(shù)字(mSD)卡、微型安全數(shù)字(微型SD)卡、安全數(shù)字高容量(SDHC)卡、記憶棒卡、智能媒體(SM)卡、多媒體卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、緊湊型快閃(CF)卡等。
接口器件1240可以執(zhí)行本實(shí)施方式的系統(tǒng)1200與外部設(shè)備之間的命令和數(shù)據(jù)的交換。接口器件1240可以為按鍵、鍵盤、鼠標(biāo)、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、顯示器、各種人機(jī)接口設(shè)備(HID)、通信設(shè)備等。通信設(shè)備可以包括:能夠與有線網(wǎng)絡(luò)連接的模塊、能夠與無線網(wǎng)絡(luò)連接的模塊以及能夠與有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)二者連接的模塊。有線網(wǎng)絡(luò)模塊可以包括諸如經(jīng)由傳輸線來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的各種設(shè)備的局域網(wǎng)(LAN)、通用串行總線 (USB)、以太網(wǎng)、電力線通信(PLC)等。無線網(wǎng)絡(luò)模塊可以包括諸如在不需要傳輸線的情況下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的各種設(shè)備的紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(IrDA)、碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、無線LAN、Zigbee、泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)(USN)、藍(lán)牙、射頻識(shí)別(RFID)、長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)、近場(chǎng)通信(NFC)、無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)(Wibro)、高速下行鏈路分組接入(HSDPA)、寬帶CDMA(WCDMA)、超寬帶(UWB)等。
圖10為實(shí)施基于所公開技術(shù)的存儲(chǔ)電路的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置圖的示例。
參見圖10,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)1300可以包括:具有非易失性特性的存儲(chǔ)器1310作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的部件;控制存儲(chǔ)器1310的控制器1320;用于與外部設(shè)備連接的接口1330;以及用于暫時(shí)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的暫時(shí)存儲(chǔ)器件1340。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)1300可以為盤型,例如硬盤驅(qū)動(dòng)(HDD)、光盤只讀存儲(chǔ)器(CDROM)、數(shù)字多功能光盤(DVD)、固態(tài)盤(SSD)等,以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)1300可以為卡型,例如USB存儲(chǔ)器(通用串行總線存儲(chǔ)器)、安全數(shù)字(SD)卡、迷你安全數(shù)字(mSD)卡、微型安全數(shù)字(微型SD)卡、安全數(shù)字高容量(SDHC)卡、記憶棒卡、智能媒體(SM)卡、多媒體卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、緊湊型快閃(CF)卡等。
存儲(chǔ)器件1310可以包括半永久地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器。非易失性存儲(chǔ)器可以包括:ROM(只讀存儲(chǔ)器)、或非快閃存儲(chǔ)器、與非快閃存儲(chǔ)器、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)、電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)等。
控制器1320可以控制存儲(chǔ)器件1310與接口1330之間的數(shù)據(jù)交換。為此,控制器1320可以包括處理器1321,處理器1321用于執(zhí)行對(duì)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)1300的外部經(jīng)由接口1330輸入的命令進(jìn)行處理的操作等。
接口1330執(zhí)行在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)1300與外部設(shè)備之間的命令和數(shù)據(jù)的交換。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)1300為卡型的情況下,接口1330可以與在如下設(shè)備中使用的接口兼容,所述設(shè)備例如USB存儲(chǔ)器(通用串行總線存儲(chǔ)器)、安全數(shù)字(SD)卡、迷你安全數(shù)字(mSD)卡、微型安全數(shù)字(微型SD)卡、安全數(shù)字高容量(SDHC)卡、記憶棒卡、智能媒體(SM)卡、多媒體卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、緊湊型快閃(CF)卡等,或者與在類似于上述設(shè)備的設(shè)備中使用的接口兼容。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)1300為盤型的情況下,接口1330可以與如下的接口兼容,例如IDE(集成設(shè)備電路)、SATA(串行高級(jí)技術(shù)附件)、SCSI(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)、eSATA(外部SATA)、PCMCIA(個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)卡國(guó)際協(xié)會(huì))、USB(通用串行總線)等,或者與類似于上述接口的接口兼容。接口1330可以與彼此具有不同類型的一個(gè)或多個(gè)接口兼容。
暫時(shí)存儲(chǔ)器件1340可以暫時(shí)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù),以用于根據(jù)與外部設(shè)備、控制器和系統(tǒng) 的接口的多樣化和高性能而在接口1330與存儲(chǔ)器件1310之間高效地傳送數(shù)據(jù)。用于暫時(shí)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的暫時(shí)存儲(chǔ)器件1340可以包括根據(jù)實(shí)施方式的上述半導(dǎo)體器件中的一個(gè)或多個(gè)。暫時(shí)存儲(chǔ)器件1340可以包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間,其中,自由層包括CoFeAlB合金。經(jīng)由此,可以改善暫時(shí)緩沖存儲(chǔ)器1340的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性。因此,可以改善數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)1300的操作特性和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性。
圖11為實(shí)施基于所公開技術(shù)的存儲(chǔ)電路的存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置圖的示例。
參見圖11,存儲(chǔ)系統(tǒng)1400可以包括:具有非易失性特性的存儲(chǔ)器1410作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的部件;控制存儲(chǔ)器1410的存儲(chǔ)器控制器1420;用于與外部設(shè)備等連接的接口1430。存儲(chǔ)系統(tǒng)1400可以為卡型,例如固態(tài)盤(SSD)、USB存儲(chǔ)器(通用串行總線存儲(chǔ)器)、安全數(shù)字(SD)卡、迷你安全數(shù)字(mSD)卡、微型安全數(shù)字(微型SD)卡、安全數(shù)字高容量(SDHC)卡、記憶棒卡、智能媒體(SM)卡、多媒體卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、緊湊型快閃(CF)卡等。
用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器1410可以包括根據(jù)實(shí)施方式的上述半導(dǎo)體器件中的一個(gè)或多個(gè)。例如,存儲(chǔ)器1410可以包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間,其中,自由層包括CoFeAlB合金。經(jīng)由此,可以改善存儲(chǔ)器1410的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性。因此,可以改善存儲(chǔ)系統(tǒng)1400的操作特性和存儲(chǔ)特性。
此外,根據(jù)本實(shí)施方式的存儲(chǔ)器1410還可以包括具有非易失性特性的ROM(只讀存儲(chǔ)器)、或非快閃存儲(chǔ)器、與非快閃存儲(chǔ)器、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)、電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)等。
存儲(chǔ)器控制器1420可以控制在存儲(chǔ)器1410與接口1430之間的數(shù)據(jù)交換。為此,存儲(chǔ)器控制器1420可以包括處理器1421,處理器1421用于執(zhí)行對(duì)從存儲(chǔ)系統(tǒng)1400的外部經(jīng)由接口1430輸入的命令進(jìn)行處理的操作。
接口1430執(zhí)行在存儲(chǔ)系統(tǒng)1400與外部設(shè)備之間的命令和數(shù)據(jù)的交換。接口1430可以與在如下設(shè)備中使用的接口兼容,所述設(shè)備例如,USB存儲(chǔ)器(通用串行總線存儲(chǔ)器)、安全數(shù)字(SD)卡、迷你安全數(shù)字(mSD)卡、微型安全數(shù)字(微型SD)卡、安全數(shù)字高容量(SDHC)卡、記憶棒卡、智能媒體(SM)卡、多媒體卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、緊湊型快閃(CF)卡等,或者接口1430可以與在類似于上述設(shè)備的設(shè)備中使用的接口兼容。接口1430可以與彼此具有不同類型的一個(gè)或多個(gè)接口兼容。
根據(jù)本實(shí)施方式的存儲(chǔ)系統(tǒng)1400還可以包括緩沖存儲(chǔ)器1440,緩沖存儲(chǔ)器1440用于根據(jù)與外部設(shè)備、存儲(chǔ)器控制器和存儲(chǔ)系統(tǒng)的接口的多樣化和高性能而在接口1430與存儲(chǔ)器1410之間高效地傳送數(shù)據(jù)。例如,用于暫時(shí)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的緩沖存儲(chǔ)器1440可以包括根據(jù)實(shí)施方式的上述半導(dǎo)體器件的一個(gè)或多個(gè)。緩沖存儲(chǔ)器1440可以包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括:自由層,具有可改變的磁化方向;釘扎層,具有釘扎的磁化方向;以及隧道阻擋層,夾在自由層與釘扎層之間,其中,自由層包括CoFeAlB合金。經(jīng)由此,可以改善緩沖存儲(chǔ)器1440的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性。因此,可以改善存儲(chǔ)系統(tǒng)1400的操作特性和存儲(chǔ)特性。
此外,根據(jù)本實(shí)施方式的緩沖存儲(chǔ)器1440還可以包括:具有易失性特性的SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等;以及具有非易失性特性的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STTRAM)、磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)等。與此不同,緩沖存儲(chǔ)器1440可以不包括根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件,而可以包括:具有易失性特性的SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等;以及具有非易失性特性的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STTRAM)、磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)等。
本文件中公開的基于存儲(chǔ)器件的圖7至圖11中的電子設(shè)備或系統(tǒng)的以上示例的特征可以在各種設(shè)備、系統(tǒng)或應(yīng)用中實(shí)施。一些示例包括:移動(dòng)電話或者其它的便攜式通信設(shè)備、平板電腦、筆記本或者膝上型計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、智能電視機(jī)、TV機(jī)頂盒、多媒體服務(wù)器、具有或不具有無線通信功能的數(shù)字照相機(jī)、具有無線通信性能的手表或者其它的可佩戴設(shè)備。
盡管本專利文件包括很多細(xì)節(jié),但是這些細(xì)節(jié)不應(yīng)當(dāng)解釋為是對(duì)于任何發(fā)明的范圍或者要求保護(hù)的范圍的限制,更確切地說,而應(yīng)當(dāng)解釋為對(duì)可以是特定于具體發(fā)明的具體實(shí)施例的特征描述。在本專利文件中的各個(gè)實(shí)施例的上下文中所述的某些特征也可以在單個(gè)實(shí)施例中結(jié)合實(shí)施。相反地,在單個(gè)實(shí)施例的上下文中描述的各種特征也可以單獨(dú)地實(shí)施在多個(gè)實(shí)施例中或者采用任何適合的子組合來實(shí)施。此外,盡管以上特征可能被描述為用作某些組合,且甚至最初這樣被要求保護(hù),但是要求保護(hù)的組合中的一個(gè)或多于一個(gè)特征在一些情況下可從該組合中被去除,并且該要求保護(hù)的組合可以涉及子組合或者子組合的變體。
類似地,盡管在附圖中以特定的次序描繪了操作,但是這不應(yīng)當(dāng)理解為需要以所示的特定次序或者順序次序來執(zhí)行這種操作或者執(zhí)行全部所示的操作來實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。此外,在本專利文件中所述的實(shí)施例中的各種系統(tǒng)部件的分離不應(yīng)當(dāng)理解為在所有的實(shí) 施例中需要這種分離。
僅描述了一些實(shí)施方式和示例。基于在該專利文件中所描述和圖示的能夠作出其它的實(shí)施方式、改進(jìn)和變體。