[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202010583854.2
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111682106B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設計）人: 遲克群;孟皓
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11667
• 代理人: 孫峰芳

本發(fā)明提供一種基于自旋軌道矩的存儲單元及其制造方法。所述基于自旋軌道矩的存儲單元包括：磁性隧道結(jié)，所述磁性隧道結(jié)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(cè)壁。本發(fā)明提供的基于自旋軌道矩的存儲單元在無需外部磁場的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)自由層磁化方向的確定性翻轉(zhuǎn)。

技術領域

本發(fā)明涉及磁性存儲器技術領域，尤其涉及一種基于自旋軌道矩的存儲單元及其制造方法。

背景技術

SOT-MRAM(Spin-Orbit Torque-Magnetic Random Access Memory，自旋軌道矩磁性存儲器)是一種新型存儲器，兼具納秒級的讀寫速率、低功耗、近乎無限的使用壽命、非易失性等優(yōu)點，具有很大的應用潛力。

目前主流的SOT-MRAM單元結(jié)構(gòu)中，磁性隧道結(jié)采用界面垂直各向異性，在通常條件下，如果沒有外部磁場，自旋軌道矩只能使磁性隧道結(jié)的自由層磁化方向從垂直于界面偏轉(zhuǎn)至界面水平面內(nèi)，在撤去電流后，自旋軌道矩消失，磁性隧道結(jié)的自由層不會產(chǎn)生確定性翻轉(zhuǎn)。因此，要保證磁性隧道結(jié)的自由層磁化方向確定性翻轉(zhuǎn)，必須施加一個外部磁場保證SOT-MRAM單元的正常操作。但是，增加外部磁場不利于制作高密度大容量存儲器，而且性能和功耗也會受到影響。因此，有必要提出一種SOT-MRAM單元結(jié)構(gòu)，能夠在無需外部磁場的情況下實現(xiàn)自由層磁化方向的確定性翻轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于自旋軌道矩的存儲單元及其制造方法，在無需外部磁場的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)自由層磁化方向的確定性翻轉(zhuǎn)。

第一方面，本發(fā)明提供一種基于自旋軌道矩的存儲單元，包括：

磁性隧道結(jié)，所述磁性隧道結(jié)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(cè)壁。

第二方面，本發(fā)明提供一種基于自旋軌道矩的存儲單元的制造方法，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(jié)，所述磁性隧道結(jié)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(jié)周圍和頂部形成有介質(zhì)層；

在所述介質(zhì)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(cè)壁的邊緣對齊；

以所述掩膜層為掩膜，對所述介質(zhì)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(cè)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(jié)自由層的側(cè)壁；

去除所述掩膜層，填充所述介質(zhì)層的空隙并形成平滑表面。

第三方面，本發(fā)明提供一種基于自旋軌道矩的差分存儲單元，包括：

第一磁性隧道結(jié)，所述第一磁性隧道結(jié)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(jié)，所述第二磁性隧道結(jié)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；