[发明专利]一种自旋轨道转矩磁阻式随机存储器及其制造方法

说明书

本申请提供了一种自旋轨道转矩磁阻式随机存储器及其制造方法，包括：铁电薄膜层，设置有两个金属电极，通过两个金属电极向铁电薄膜层施加第一电压；底电极，位于铁电薄膜层之上并设置于铁电薄膜层中部，呈长条形，在底电极两端施加第二电压；隧道结，位于底电极之上并设置于底电极中部；其中，两个金属电极相对设置在铁电薄膜层相对的两个边缘上，且两个边缘位于底电极长边方向的两侧，通过两个金属电极施加第一电压的方向与底电极短边方向平行；通过第一电压与第二电压的正负，控制磁化的定向翻转。从而在实现磁矩定向翻转的同时，利于器件的集成和产业化。

技术领域

本申请涉及半导体器件及其制造领域，尤其涉及一种自旋轨道转矩磁阻式随机存储器及其制造方法。

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。

自旋轨道转矩磁阻式随机存取存储器(SOT-MRAM，spin-orbit torqueMagnetoresistive Random Access Memory)，是利用磁矩翻转进行随机存储的磁性随机存取存储器，其具有高速读写能力、高集成度以及无限次重复写入的优点，并且由于其写入电流不通过隧穿结，具有极高的耐久度，适合应用于存算一体器件中。在该器件中，可以利用自旋轨道耦合(Spin-Orbit Torque，SOT)产生自旋流，诱导铁磁体磁矩翻转，但是磁矩在电流作用下翻转方向是随机的，需要外加磁场实现磁矩定向翻转，但是外加磁场不利于器件的集成。

发明内容

为了解决以上技术问题，本申请提供了一种自旋轨道转矩磁阻式随机存储器及其制造方法，在实现磁矩定向翻转的同时，有利于器件的集成和产业化。

第一方面，本申请提供了一种自旋轨道转矩磁阻式随机存储器，包括：

铁电薄膜层，设置有两个金属电极，通过所述两个金属电极向铁电薄膜层施加第一电压；

底电极，位于所述铁电薄膜层之上并设置于所述铁电薄膜层中部，呈长条形，在所述底电极两端施加第二电压；

隧道结，位于所述底电极之上并设置于所述底电极中部；

其中，所述两个金属电极相对设置在所述铁电薄膜层相对的两个边缘上，且所述两个边缘位于所述底电极长边方向的两侧，通过所述两个金属电极施加第一电压的方向与所述底电极短边方向平行；通过第一电压与第二电压的正负，控制磁化的定向翻转。

可选地，所述铁电薄膜层的材料为HfZrO或PZT，厚度为3～10nm。

可选地，所述金属电极材料为Al、Cu或者W，厚度为100～400nm。

可选地，所述第一电压和第二电压的范围为-2～2V。

可选地，所述隧道结包括由下至上依次层叠的自由层、隧穿层和参考层，其中，所述自由层与底电极连接。

可选地，所述隧道结为圆形、椭圆形或矩形。

第二方面，本申请提供了一种自旋轨道转矩磁阻式随机存储器的制造方法，包括：

在电路片上生长铁电薄膜形成铁电薄膜层；

在所述铁电薄膜层上生长底电极，所述底电极呈长条形；

在所述底电极长边方向两侧的所述铁电薄膜层的两个边缘上沉积金属电极；

在所述底电极上的中部形成隧道结。

可选地，所述在底电极上的中部形成隧道结，具体为：

在底电极上依次生长自由层、隧穿层和参考层；

对自由层、隧穿层和参考层进行离子束刻蚀，形成隧道结。