[發明專利]基于自旋軌道矩的存儲單元及其制造方法

有效

• 申請號: 202010583854.2
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111682106B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 遲克群;孟皓
• 申請（專利權）人: 浙江馳拓科技有限公司
• 主分類號: H01L43/06
• 分類號: H01L43/06;H01L43/14;H01L27/22
• 代理公司: 北京蘭亭信通知識產權代理有限公司 11667
• 代理人: 孫峰芳

1.一種基于自旋軌道矩的存儲單元，其特征在于，包括：

磁性隧道結，所述磁性隧道結包括依次堆疊的自由層、勢壘層和參考層；

水平自旋軌道矩效應層，所述水平自旋軌道矩效應層與所述自由層的底面接觸；

豎直自旋軌道矩效應層，所述豎直自旋軌道矩效應層覆蓋于所述自由層的一個側壁；

其中所述豎直自旋軌道矩效應層與所述水平自旋軌道矩效應層是連通的，當通入同一個電流時，所述水平自旋軌道矩效應層產生一個水平方向的磁場，所述豎直自旋軌道矩效應層產生一個豎直方向的磁場。

2.根據權利要求1所述的基于自旋軌道矩的存儲單元，其特征在于，所述勢壘層和所述參考層的尺寸相同，所述自由層的尺寸大于所述勢壘層的尺寸。

3.根據權利要求1所述的基于自旋軌道矩的存儲單元，其特征在于，還包括：

介質層，所述介質層位于所述水平自旋軌道矩效應層的上方，并環繞所述磁性隧道結和所述豎直自旋軌道矩效應層。

4.一種基于自旋軌道矩的存儲單元的制造方法，其特征在于，包括：

提供襯底，在所述襯底上形成有第一自旋軌道矩效應層，在所述第一自旋軌道矩效應層上形成有磁性隧道結，所述磁性隧道結包括依次堆疊的自由層、勢壘層和參考層，所述勢壘層和所述參考層的尺寸相同，所述自由層的尺寸大于所述勢壘層的尺寸，在所述磁性隧道結周圍和頂部形成有介質層；

在所述介質層上方形成圖案化的掩膜層，所述掩膜層的邊緣與所述自由層的一個側壁的邊緣對齊；

以所述掩膜層為掩膜，對所述介質層向下刻蝕，直至暴露出所述第一自旋軌道矩效應層的表面；

形成第二自旋軌道矩效應層，所述第二自旋軌道矩效應層覆蓋所述第一自旋軌道矩效應層露出的表面、所述掩膜層的表面以及整個側壁；

對所述第二自旋軌道矩效應層進行刻蝕，刻蝕后只保留一定寬度的所述第二自旋軌道矩效應層覆蓋于所述磁性隧道結自由層的側壁且與所述第一自旋軌道矩效應層是連通的；

去除所述掩膜層，填充所述介質層的空隙并形成平滑表面。

5.一種基于自旋軌道矩的差分存儲單元，其特征在于，包括：

第一磁性隧道結，所述第一磁性隧道結包括依次堆疊的第一自由層、第一勢壘層和第一參考層；

第二磁性隧道結，所述第二磁性隧道結包括依次堆疊的第二自由層、第二勢壘層和第二參考層；

水平自旋軌道矩效應層，所述水平自旋軌道矩效應層與所述第一自由層的底面和所述第二自由層的底面接觸；

第一豎直自旋軌道矩效應層，所述第一豎直自旋軌道矩效應層覆蓋于所述第一自由層的一個側壁；

第二豎直自旋軌道矩效應層，所述第二豎直自旋軌道矩效應層覆蓋于所述第二自由層的一個側壁；

其中，所述第一豎直自旋軌道矩效應層覆蓋的側壁與所述第二豎直自旋軌道矩效應層覆蓋的側壁為所述第一自由層和所述第二自由層的不在同一側的兩個側壁，所述第一豎直自旋軌道矩效應層和所述第二豎直自旋軌道矩效應層分別與所述水平自旋軌道矩效應層是連通的，當通入同一個電流時，所述水平自旋軌道矩效應層產生一個水平方向的磁場，所述第一豎直自旋軌道矩效應層和所述第二豎直自旋軌道矩效應層分別產生方向相反的豎直方向的磁場。

6.根據權利要求5所述的差分存儲單元，其特征在于，所述第一勢壘層和所述第一參考層的尺寸相同，所述第一自由層的尺寸大于所述第一勢壘層的尺寸；所述第二勢壘層和所述第二參考層的尺寸相同，所述第二自由層的尺寸大于所述第二勢壘層的尺寸。

7.根據權利要求5所述的差分存儲單元，其特征在于，還包括：

介質層，所述介質層位于所述水平自旋軌道矩效應層上方，并環繞所述第一磁性隧道結及第一自由層側壁覆蓋的所述第一豎直自旋軌道矩效應層，同時環繞所述第二磁性隧道結及第二自由層側壁覆蓋的所述第二豎直自旋軌道矩效應層。

8.一種基于自旋軌道矩的差分存儲單元的制造方法，其特征在于，包括：

提供襯底，在所述襯底上形成有第一自旋軌道矩效應層，在所述第一自旋軌道矩效應層上形成有第一磁性隧道結和第二磁性隧道結，所述第一磁性隧道結包括依次堆疊的第一自由層、第一勢壘層和第一參考層，所述第一勢壘層和所述第一參考層的尺寸相同，所述第一自由層的尺寸大于所述第一勢壘層的尺寸，所述第二磁性隧道結包括依次堆疊的第二自由層、第二勢壘層和第二參考層，所述第二勢壘層和所述第二參考層的尺寸相同，所述第二自由層的尺寸大于所述第二勢壘層的尺寸，在所述第一磁性隧道結和所述第二磁性隧道結周圍和頂部形成有介質層；

在所述介質層上方形成圖案化的第一掩膜層，所述第一掩膜層的邊緣與所述第一自由層的一個側壁的邊緣對齊；

以所述第一掩膜層為掩膜，對所述介質層向下刻蝕，直至暴露出所述第一自旋軌道矩效應層的表面；

形成第二自旋軌道矩效應層，所述第二自旋軌道矩效應層覆蓋所述第一自旋軌道矩效應層露出的表面、所述第一掩膜層的表面以及整個側壁；

對所述第二自旋軌道矩效應層進行刻蝕，刻蝕后只保留一定寬度的所述第二自旋軌道矩效應層覆蓋于所述第一磁性隧道結的所述第一自由層的側壁且與所述第一自旋軌道矩效應層是連通的；

去除所述第一掩膜層，填充所述介質層的空隙并形成平滑表面；

在所述介質層上方形成圖案化的第二掩膜層，所述第二掩膜層的邊緣與所述第二自由層的一個側壁的邊緣對齊，所述第二自由層的一個側壁是與所述第一自由層的覆蓋有所述第二自旋軌道矩效應層的不在同一側的側壁；

以所述第二掩膜層為掩膜，對所述介質層向下刻蝕，直至暴露出所述第一自旋軌道矩效應層的表面；

形成第三自旋軌道矩效應層，所述第三自旋軌道矩效應層覆蓋所述第一自旋軌道矩效應層露出的表面、所述第二掩膜層的表面以及整個側壁；

對所述第三自旋軌道矩效應層進行刻蝕，刻蝕后只保留一定寬度的所述第三自旋軌道矩效應層覆蓋于所述第二磁性隧道結的所述第二自由層的側壁且與所述第一自旋軌道矩效應層是連通的；

去除所述第二掩膜層，填充所述介質層的空隙并形成平滑表面。