磁性随机存储器及其制备方法与流程

本发明涉及磁存储器，具体而言，涉及一种磁性随机存储器及其制备方法。

背景技术：

1、自旋轨道力矩磁性随机存储器(sot-mram)作为下一代非易失性磁性随机存储器，具有翻转速度快、读写分离、无限次擦写等优点，但要实现垂直磁矩的确定性翻转，需要沿电流方向施加一辅助磁场，打破对称性。

2、目前，现有技术中通常采用增加楔形结构、反铁磁钉扎、层间耦合、stt+sot协同和磁性硬掩模等方式实现垂直磁矩的确定型翻转，然而，上述方式与cmos现有工艺集成兼容性较差，不能发挥自旋轨道力矩磁性随机存储器的优势，且形成自旋轨道力矩磁性随机存储器的工艺复杂，不利于产品的大量制作。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种磁性随机存储器及其制备方法，以解决现有技术中自旋轨道力矩磁性随机存储器不能实现确定性翻转的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种磁性随机存储器，包括：自旋轨道力矩层，自旋轨道力矩层具有第一表面，且自旋轨道力矩层具有相对的第一端和第二端，第一端指向第二端的方向为第一延伸方向；多个磁性隧道结，多个磁性隧道结沿着第一延伸方向间隔设置于第一表面上；多个导电层，多个导电层间隔设置于自旋轨道力矩层远离多个磁性隧道结的一侧，且各导电层、自旋轨道力矩层和各磁性隧道结在预定水平面上的垂直投影具有重叠区域，其中，导电层具有第二延伸方向，第一延伸方向和第二延伸方向垂直，预定水平面为平行于第一表面的平面。

3、进一步地，在第一延伸方向上，导电层具有最小宽度，磁性隧道结具有最大尺寸宽度，最小宽度大于最大尺寸宽度。

4、进一步地，最小宽度与最大尺寸宽度之差为10～50nm。

5、进一步地，在垂直第一延伸方向的方向上，自旋轨道力矩层为间隔设置的多个。

6、进一步地，磁性隧道结采用垂直磁化磁性隧道结。

7、进一步地，还包括：第一绝缘介质层，第一绝缘介质层设置于相邻导电层之间；第二绝缘介质层，第二绝缘介质层设置于多个导电层和自旋轨道力矩层之间，以使第二绝缘介质层覆盖第一绝缘介质层和多个导电层。

8、进一步地，导电层的材料包括钨、铜、铝和钽中的任意一种。

9、为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种磁性随机存储器的制备方法，包括：提供半导体基体，该半导体基体具有第二表面；在第二表面上形成多个导电层，该导电层具有第二延伸方向；在导电层远离半导体基体的一侧形成自旋轨道力矩层，自旋轨道力矩层具有第一表面，且自旋轨道力矩层具有相对的第一端和第二端，第一端指向第二端的方向为第一延伸方向，第一延伸方向和第二延伸方向垂直，以使导电层和自旋轨道力矩层在第二表面上的垂直投影具有交叉区域；在自旋轨道力矩层远离导电层的一侧形成多个磁性隧道结，多个磁性隧道结沿着第一延伸方向间隔设置于第一表面上，以使各磁性隧道结在第二表面上的垂直投影位于交叉区域。

10、进一步地，形成导电层的步骤包括：在第二表面上形成第一绝缘介质层，以使第一绝缘介质层覆盖第二表面；刻蚀第一绝缘介质层，以形成贯穿第一绝缘介质层至第二表面的多个导电通孔和多个凹槽，各凹槽设置于相邻两个导电通孔之间；在各导电通孔中填充导电材料，形成导电连接部；在各凹槽中填充导电材料，形成导电层，以使导电层位于相邻导电连接部之间。

11、进一步地，形成自旋轨道力矩层的步骤包括：在导电连接部远离半导体基体的一侧形成底电极；在第一绝缘介质层远离半导体基体的一侧和导电层远离半导体基体的一侧形成第二绝缘介质层，以使第二绝缘介质层覆盖第一绝缘介质层、导电层以及底电极的侧壁；沉积自旋轨道材料层至第二绝缘介质层远离半导体基体的一侧，以使自旋轨道材料层覆盖第二绝缘介质层和底电极的裸露表面；在形成磁性隧道结的步骤之后，在自旋轨道材料层远离第二绝缘介质层的一侧形成第三绝缘介质层，以使第三绝缘介质层覆盖自旋轨道材料层和磁性隧道结的侧壁；顺序刻蚀第三绝缘介质层和自旋轨道材料层，以去除位于导电连接部远离导电层一侧的部分第三绝缘介质层和自旋轨道材料层，剩余的自旋轨道材料层形成自旋轨道力矩层。

12、应用本发明的技术方案，提供一种磁性随机存储器，通过在自旋轨道力矩层远离磁性隧道结的一侧形成间隔设置的多个导电层，从而在上述自旋轨道力矩层上能够具有多个磁性隧道结，以及在平行于自旋轨道力矩层的第一表面的预定水平面上，各导电层、自旋轨道力矩层和各磁性隧道结在该预定水平面上的垂直投影具有重叠区域，从而在磁性随机存储器进行写入操作的过程中，能够分别在自旋轨道力矩层和导电层中写入电流，其中，自旋轨道力矩层中的写入电流为第一写入电流，导电层中的写入电为第二写入电流，进而磁性随机存储器能够利用该第二写入电流产生奥斯特场，并作用于自由层，使得自由层可以实现确定性的翻转。另外，在改变第二写入电流的方向的情况下，还能够使得同一自旋轨道力矩层上不同位置的磁性隧道结的自由层确定性翻转方向不同，从而实现0和1的同时选择性写入。

技术特征：

1.一种磁性随机存储器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的磁性随机存储器，其特征在于，在所述第一延伸方向上，所述导电层具有最小宽度，所述磁性隧道结具有最大尺寸宽度，所述最小宽度大于所述最大尺寸宽度。

3.根据权利要求2所述的磁性随机存储器，其特征在于，所述最小宽度与所述最大尺寸宽度之差为10～50nm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁性随机存储器，其特征在于，在垂直所述第一延伸方向的方向上，所述自旋轨道力矩层为间隔设置的多个。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的磁性随机存储器，其特征在于，所述磁性隧道结采用垂直磁化磁性隧道结。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的磁性随机存储器，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求1至3中任一项所述的磁性随机存储器，其特征在于，所述导电层的材料包括钨、铜、铝和钽中任意一种或多种。

8.一种根据权利要求1至7中任一项所述的磁性随机存储器的制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，形成所述导电层的步骤包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，形成所述自旋轨道力矩层的步骤包括：

技术总结本发明提供了一种磁性随机存储器及其制备方法。该存储器包括：自旋轨道力矩层，具有第一表面，以及相对的第一端和第二端，第一端指向第二端的方向为第一延伸方向；多个磁性隧道结，沿着第一延伸方向间隔设置于第一表面上；多个导电层，间隔设置于自旋轨道力矩层远离多个磁性隧道结的一侧，且各导电层、自旋轨道力矩层和各磁性隧道结在预定水平面上的垂直投影具有重叠区域，其中，导电层具有第二延伸方向，第一延伸方向和第二延伸方向垂直，预定水平面为平行于第一表面的平面。上述结构在进行写入操作时，施加至导电层中的写入电流，能够产生奥斯特场，并作用于自由层，使得自由层可以实现确定性的翻转。技术研发人员：杨雯龙,严政人,刘恩隆,何世坤受保护的技术使用者：浙江驰拓科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12