磁阻随机存储器及其制备方法与流程

本申请涉及半导体，尤其涉及一种磁阻随机存储器及其制备方法。

背景技术：

1、磁隧道结（magnetic tunnel junction，简称mtj）为磁阻随机存储器（magneticrandom access memory，mram）的基本存储单元，磁隧道结包括依次层叠设置的自由层、势垒层和参考层，其中，参考层的磁化方向不变，自由层的磁化方向可以被外界激励改变，当自由层的磁化方向与参考层的磁化方向平行或反平行时，磁隧道结处于低电阻态或高电阻态。

2、相关技术中，磁阻随机存储器至少包括一对具有相反阻态的磁隧道结，其中，一对具有相反阻态的磁隧道结中的一个磁隧道结为数据单元，另一个磁隧道结为参考单元，当向数据单元和参考单元分别施加两个方向相反的写入电流时，两个磁隧道结中的一个为低电阻态，另一个为高电阻态，随后采用差分方式进行读取，以实现比特数据的写入。

3、然而，相关技术中，比特数据能否成功写入同时依赖于数据单元和参考单元同时成功写入，若数据单元和参考单元中的一者写入不成功，则比特数据写入不成功，从而导致数据写入存储的可靠性低的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本申请实施例提供一种磁阻随机存储器及其制备方法，用于提高比特数据写入的成功率，从而提高磁阻随机存储器的数据存储的可靠性。

2、为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

3、本申请实施例第一方面提供一种磁阻随机存储器，包括：包括：衬底、设置于所述衬底上的底电极层和设置于所述底电极层上的至少两个磁隧道结；

4、所述底电极层包括依次连接的至少两个电极部，相邻两个所述电极部之间具有夹角，且相邻两个所述电极部之间不共线；各所述电极部上具有至少一个所述磁隧道结；

5、当向所述底电极层施加写入电流时，所述至少两个磁隧道结中的一者具有第一阻态，所述至少两个磁隧道结中的另一者具有第二阻态，以使所述至少两个磁隧道结之间的电阻形成差分态。

6、在一些可选的实施例中，所述磁隧道结中参考层的磁化方向与自由层的磁化方向为平行态或反平行态时，所述磁隧道结具有所述第一阻态；

7、所述磁隧道结中参考层的磁化方向与自由层的磁化方向为非平行态或非反平行态时，所述磁隧道结具有所述第二阻态。

8、在一些可选的实施例中，至少一个所述电极部和与其对应的所述磁隧道结之间具有至少一层反铁磁层；

9、其中，所述反铁磁层与所述磁隧道结的自由层之间的交换偏置耦合场大于所述自由层的矫顽场。

10、在一些可选的实施例中，相邻两个所述电极部之间相互垂直。

11、在一些可选的实施例中，所述底电极层包括第一电极部和第二电极部，所述第一电极部和所述第二电极部之间具有所述夹角；

12、所述磁隧道结包括第一磁隧道结和第二磁隧道结，所述第一磁隧道结设置于所述第一电极部上，所述第二磁隧道结设置于所述第二电极部上。

13、在一些可选的实施例中，所述底电极层包括至少一个第一电极部和至少两个第二电极部，至少一个所述第一电极部和至少两个所述第二电极部依次交替设置，相邻所述第一电极部和所述第二电极部之间具有所述夹角，且相邻所述第二电极部的电流方向相同或相反。

14、在一些可选的实施例中，所述磁隧道结的轮廓形状包括圆形、椭圆形或者平行四边形中的任意一种；

15、其中，所述磁隧道结的轮廓形状为圆形时，所述磁隧道结与其对应的所述电极部之间具有至少一层所述反铁磁层；

16、所述磁隧道结的轮廓形状为椭圆形或者平行四边形时，所述椭圆形或者平行四边形的长轴方向与所述磁隧道结的电流方向垂直。

17、在一些可选的实施例中，所述底电极层在所述衬底上的投影覆盖所述反铁磁层在所述衬底上的投影；

18、和/或，所述反铁磁层在所述衬底上的投影覆盖与其对应的所述磁隧道结在所述衬底上的投影。

19、本申请实施例第二方面提供一种磁阻随机存储器的制备方法，包括：

20、提供衬底；

21、在所述衬底上形成底电极层；其中，所述底电极层包括依次连接的至少两个电极部，相邻两个所述电极部之间具有夹角，且相邻两个所述电极部之间不共线；

22、在所述底电极层上形成至少两个磁隧道结；各所述电极部上具有至少一个所述磁隧道结；

23、其中，当向所述底电极层施加写入电流时，所述至少两个磁隧道结中的一者具有第一阻态，所述至少两个磁隧道结中的另一者具有第二阻态，以使所述至少两个磁隧道结之间的电阻形成差分态。

24、在一些可选的实施例中，在所述底电极层上形成至少两个磁隧道结之前，还包括：

25、在至少一个所述电极部上形成至少一层反铁磁层。

26、本申请实施例提供的磁阻随机存储器，包括衬底、设置于衬底上的底电极层和设置于底电极层上的至少两个磁隧道结；底电极层包括依次连接的至少两个电极部，相邻两个电极部之间具有夹角，且相邻两个电极部之间不共线，至少两个磁隧道结均设置于底电极层上，并使得底电极层上的各电极部上具有至少一个磁隧道结，当向底电极层施加写入电流时，一个电极部上的磁隧道结具有第一阻态（例如，第一阻态为低电阻态或高电阻态），与该电极部相邻的另一个电极部上的磁隧道结具有第二阻态（例如第二阻态为中值电阻态，即中值电阻态的值位于低电阻态和高电阻态之间），相邻两个电极部中，无论其中一个电极部上的磁隧道结是低电阻态或高电阻态，另一个电极部上的磁隧道结始终为中值电阻态，以使相邻两个电极部上的磁隧道结的电阻始终可形成差分态，这样，相邻两个电极部上的磁隧道结，只要一个电极部上的磁隧道结写入成功，便可实现比特数据的写入成功，从而提高了数据写入的成功率，进而提高了磁阻随机存储器的数据写入存储的可靠性。此外，相关技术中，sot-mram中用作数据单元的磁隧道结下方的底电极层，以及用作参考单元的磁隧道结下方的底电极层，二者通常分开设置，本申请将底电极层设置为依次连接的至少两个电极部，与相关技术相比，能够节省版图面积。

27、除了上面所描述的本申请实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本申请实施例提供的磁阻随机存储器及其制备方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种磁阻随机存储器，其特征在于，包括：衬底、设置于所述衬底上的底电极层和设置于所述底电极层上的至少两个磁隧道结；

2.根据权利要求1所述的磁阻随机存储器，其特征在于，所述磁隧道结中参考层的磁化方向与自由层的磁化方向为平行态或反平行态时，所述磁隧道结具有所述第一阻态；

3.根据权利要求1所述的磁阻随机存储器，其特征在于，至少一个所述电极部和与其对应的所述磁隧道结之间具有至少一层反铁磁层；

4.根据权利要求1所述的磁阻随机存储器，其特征在于，相邻两个所述电极部之间相互垂直。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的磁阻随机存储器，其特征在于，所述底电极层包括第一电极部和第二电极部，所述第一电极部和所述第二电极部之间具有所述夹角；

6.根据权利要求1-4中任一项所述的磁阻随机存储器，其特征在于，所述底电极层包括至少一个第一电极部和至少两个第二电极部，至少一个所述第一电极部和至少两个所述第二电极部依次交替设置，相邻所述第一电极部和所述第二电极部之间具有所述夹角，且相邻所述第二电极部的电流方向相同或相反。

7.根据权利要求3所述的磁阻随机存储器，其特征在于，所述磁隧道结的轮廓形状包括圆形、椭圆形或者平行四边形中的任意一种；

8.根据权利要求3所述的磁阻随机存储器，其特征在于，所述底电极层在所述衬底上的投影覆盖所述反铁磁层在所述衬底上的投影；

9.一种磁阻随机存储器的制备方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的磁阻随机存储器的制备方法，其特征在于，在所述底电极层上形成至少两个磁隧道结之前，还包括：

技术总结本申请提供一种磁阻随机存储器及其制备方法，涉及半导体技术领域，用于解决数据写入存储的可靠性低的技术问题，该磁阻随机存储器包括：衬底、设置于衬底上的底电极层和设置于底电极层上的至少两个磁隧道结；底电极层包括依次连接的至少两个电极部，相邻两个电极部之间具有夹角，且相邻两个电极部之间不共线；各电极部上具有至少一个磁隧道结；当向底电极层施加写入电流时，至少两个磁隧道结中的一者具有第一阻态，至少两个磁隧道结中的另一者具有第二阻态，以使至少两个磁隧道结之间的电阻形成差分态。本申请能够提高数据写入的成功率，从而提高磁阻随机存储器的数据存储的可靠性。技术研发人员：熊丹荣,刘宏喜,王戈飞受保护的技术使用者：青岛海存微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18