[发明专利]一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及制备方法

说明书

本发明公开了一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器，该存取器包括：一楔形自旋轨道耦合层；一磁阻隧道结，位于所述楔形自旋轨道耦合层上，包括由下至上依次层叠的第一磁性层、隧穿层和第二磁性层，所述第一磁性层和所述第二磁性层具有垂直各向异性。本发明提供的自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制备方法，将磁阻隧道结设置于楔形的自旋轨道耦合层上，当在自旋轨道耦合层中通入电流源时，会在自旋轨道耦合层中产生自旋流和自旋流密度梯度，自旋流密度梯度引起一个自旋矩，导致磁矩在电流的作用下定向翻转，翻转的方向可以通过自旋电流源的方向控制，实现自旋轨道矩磁阻式随机存储器中磁矩的定向翻转。

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造领域，特别涉及一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制备方法。

背景技术

随着存储技术以及电子技术的不断发展，随机存取存储器得到了广泛的应用，可以独立或集成于使用随机存取存储器的设备中，如处理器、专用集成电路或片上系统等。

自旋轨道矩磁阻式随机存储器(Spin-Orbit Torque Magnetoresistive RandomAccess Memory，SOT-MRAM)，是利用磁矩翻转进行随机存储的磁性随机存取存储器，具有高速读写能力、高集成度以及无限次重复写入的优点。在该器件中，利用自旋轨道耦合产生自旋流，进而诱导磁体的磁矩翻转，然而，磁矩在电流作用下的翻转方向是随机的，而有效的数据存取需要磁矩的定向翻转，如何实现磁矩的定向翻转是SOT-MRAM的研究重点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制备方法，实现存储器中磁矩的定向翻转。

(二)技术方案

本发明提供了一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及制备方法，该存取器的结构包括：

一楔形自旋轨道耦合层；

一磁阻隧道结，位于所述楔形自旋轨道耦合层上，包括由下至上依次层叠的第一磁性层、隧穿层和第二磁性层，所述第一磁性层和所述第二磁性层具有垂直各向异性。

优选地，楔形自旋轨道耦合层为金属层或拓扑绝缘体层，厚度为 3nm-10nm。金属层采用的材料为Ta、Pt、W、Hf、Ir、CuBi、CuIr或AuW，拓扑绝缘体层采用的材料为BiSn、SnTe或BiSe。

优选地，磁阻隧道结为圆形、椭圆形或矩形。第一磁性层和第二磁性层采用的材料为Co、Fe、CoFeB或FePt，厚度为0.8nm-1.1nm。

优选地，隧穿层采用的材料为非磁金属或绝缘材料，厚度为 0.5nm-3.0nm。非磁金属为Cu或Ag，绝缘材料Al₂O₃、MgO或HfO₂。

此外，磁阻隧道结还包括钉扎层，形成于所述第二磁性层之上，用于固定磁化方向。钉扎层采用的材料为Mn基反铁磁性材料IrMn或FeMn，或者为多层膜人工反铁磁Co/Pd材料，厚度为4nm-6nm。

同时，本发明还提供了一种制备该自旋轨道矩磁阻式随机存储器的制备方法，具体包括：

形成一自旋轨道耦合层；

在自旋轨道耦合层上形成一磁阻隧道结；以及

对自旋轨道耦合层进行刻蚀，形成楔形自旋轨道耦合层；

其中，磁阻隧道结包括由下至上依次层叠的第一磁性层、隧穿层和第二磁性层，且第一磁性层和所述第二磁性层具有垂直各向异性。

其中，在自旋轨道耦合层上形成一磁阻隧道结，包括：在自旋轨道耦合层上依次形成第一磁性层、隧穿层和第二磁性层；对所述第一磁性层、隧穿层和第二磁性层进行刻蚀，形成磁阻隧道结。