[发明专利]STT－MRAM存储单元

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种STT-MRAM存储单元。

背景技术

STT-MRAM(spin torque transfer-magnetic random access memory自旋转移力矩磁随机存储器)为具有非易失性、工作速度快、擦写次数无限次等优势的新型存储器，STT-MRAM既具有DRAM(dynamic random access memory)和SRAM(system management random access memory)的高性能，又具有闪存的低功耗和低成本。STT-MRAM存储技术是最有可能代替DRAM和SRAM的先进存储技术。

现有技术中STT-MRAM通常包括相互连接磁隧道结(magnetic tunneling junction，MJT)和选择晶体管，MJT包括铁磁金属固定层和铁磁金属自由层以及两者之间的势垒层，通过接入电流控制MJT中铁磁金属自由层的磁矩方向实现数据的存储和读出。现有技术中STT-MRAM的MJT一般会在后道工艺集成，将选择晶体管的源/漏端通过金属连线(contact)与MJT连接，使得MJT与选择晶体管之间的耦合较弱，不仅增加了工艺步骤，增加了工艺难度，存储单元的性能也随之变弱。随着工艺技术的发展，半导体尺寸要求的不断缩小，工艺上要求提高集成度，在性能上也要求提高器件单元的稳定性和可靠性。因此，如何提高STT-MRAM存储单元的性能是本领域技术人员需要解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种STT-MRAM存储单元，以解决现有技术中STT-MRAM存储单元的性能有待提高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种STT-MRAM存储单元，包括选择晶体管和磁隧道结，所述选择晶体管包括衬底、第一掺杂区、第二掺杂区和栅极，所述第一掺杂区和所述第二掺杂区位于所述衬底中，所述磁隧道结包括铁磁金属自由层、铁磁金属固定层和势垒层，所述势垒层设置在所述铁磁金属自由层与所述铁磁金属固定层之间，所述磁隧道结设置在所述第一掺杂区上，所述铁磁金属固定层的磁矩方向固定不变，所述铁磁金属自由层的磁矩方向可改变。

可选的，在所述STT-MRAM存储单元中，所述势垒层的材料为氧化镁或氧化铝，所述势垒层的厚度为1nm～2nm。

可选的，在所述STT-MRAM存储单元中，在所述第一掺杂区接正压，使所述铁磁金属自由层的磁矩方向与所述铁磁金属固定层的磁矩方向相同。

可选的，在所述STT-MRAM存储单元中，在所述第一掺杂区接正压，使所述铁磁金属自由层的磁矩方向与所述铁磁金属固定层的磁矩方向相反。

可选的，在所述STT-MRAM存储单元中，还包括一阻挡层，所述阻挡层设置在所述磁隧道结与所述第一掺杂区之间。

可选的，在所述STT-MRAM存储单元中，所述阻挡层的材料为氮化钛，所述阻挡层的厚度为1nm～2nm。

可选的，在所述STT-MRAM存储单元中，还包括一隔离层，所述隔离层设置在所述磁隧道结与所述栅极之间。

可选的，在所述STT-MRAM存储单元中，所述隔离层的材料为氧化硅或氮化硅，所述隔离层的厚度为10nm～15nm。

可选的，在所述STT-MRAM存储单元中，所述铁磁金属自由层的材料包括铁、钴或者两者的组合合金。

可选的，在所述STT-MRAM存储单元中，所述选择晶体管为N型金属氧化物半导体场效应管，所述衬底为P型掺杂，所述第一掺杂区和所述第二掺杂构均为N型掺杂。

综上所述，在本发明提供的STT-MRAM存储单元中，通过将磁隧道结设置在选择晶体管的第一掺杂区上，从而提高了磁隧道结与选择晶体管之间的耦合强度，通过写入电流控制铁磁金属自由层的磁矩方向来实现读写操作，同时STT-MRAM存储单元的结构可简化生产工艺，从而提高产品集成度和稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例的STT-MRAM存储单元的剖示图；

图2是本发明实施例一实施方式的STT-MRAM存储单元的剖示图；

图3是本发明实施例另一实施方式的STT-MRAM存储单元的剖示图。

具体实施方式