一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制造方法，自旋轨道耦合层上设置有磁阻隧道结，在磁阻隧道结沿所述自旋轨道耦合层中的电流方向一侧中存在有缺陷，该缺陷由离子注入产生。这样，由于磁阻隧道结一侧存在局部的非均匀的缺陷分布，从而在垂直于电流源方向上形成横向不对称的磁阻隧道结结构，当自旋轨道耦合层中通入电流时，实现磁性层磁矩的定向翻转。

【技术实现步骤摘要】
一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制造方法
本专利技术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造方法。
技术介绍
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(SOT-MRAM，Spin-OrbitTorqueMagnetoresistiveRandomAccessMemory)，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。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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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造方法，实现存储器中磁矩的定向翻转。为实现上述目的，本专利技术有如下技术方案：一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器，包括：自旋轨道耦合层；位于所述自旋轨道耦合层之上的磁阻隧道结，所述磁阻隧道结包括由下至上依次层叠的第一磁性层、遂穿层和第二磁性层，所述第一磁性层和所述第二磁性层具有垂直各向异性；其中，沿所述自旋轨道耦合层中的电流方向一侧的磁阻隧道结中存在缺陷，所述缺陷由离子注入产生。可选地，所述离子注入的离子包括N、As、Ar、Be或P。可选地，所述磁阻隧道结还包括所述第二磁性层之上的钉扎层以及所述钉扎层之上的保护层。可选地，在所述磁阻隧道结中，所述第一磁性层和所述第二磁性层较其他层具有更多的缺陷分布。可选地，所述第一磁性层和所述第二磁性层的材料可以为Co、Fe、CoFeB或FePt。一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器的制造方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成自旋轨道耦合层；在所述自旋轨道耦合层上形成磁阻隧道结，所述磁阻隧道结包括由下至上依次层叠的第一磁性层、遂穿层和第二磁性层，所述第一磁性层和所述第二磁性层具有垂直各向异性；利用离子注入，在沿所述自旋轨道耦合层中的电流方向一侧的磁阻隧道结中产生缺陷。可选地，所述利用离子注入，在沿所述自旋轨道耦合层中的电流方向一侧的磁阻隧道结中产生缺陷，包括：在沿所述自旋轨道耦合层中的电流方向一侧的磁阻隧道结上形成掩膜层；进行离子注入，以在未覆盖有掩膜层的一侧的磁阻隧道结中产生缺陷，而后，去除所述掩膜层。可选地，所述磁阻隧道结还包括所述第二磁性层之上的钉扎层以及所述钉扎层之上的保护层。可选地，所述离子注入的离子包括N、As、Ar、Be或P。可选地，所述第一磁性层和所述第二磁性层的材料可以为Co、Fe、CoFeB或FePt。本专利技术实施例提供的自旋轨道矩磁阻式随机存储器及其制造方法，自旋轨道耦合层上设置有磁阻隧道结，在磁阻隧道结沿所述自旋轨道耦合层中的电流方向一侧中存在有缺陷，该缺陷由离子注入产生。这样，由于磁阻隧道结一侧存在局部的非均匀的缺陷分布，从而在垂直于电流源方向上形成横向不对称的磁阻隧道结结构，当自旋轨道耦合层中通入电流时，实现磁性层磁矩的定向翻转。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了根据本专利技术实施例自旋轨道矩磁阻式随机存储器的立体结构示意图；图2示出了根据本专利技术实施例自旋轨道矩磁阻式随机存储器的俯视结构示意图；图3示出了图2中AA向的剖面结构示意图；图4示出了根据本专利技术实施例自旋轨道矩磁阻式随机存储器的制造方法的流程示意图；图5-8示出了根据本专利技术实施例的制造方法形成存储器的过程中存储器的剖面结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如
技术介绍
中的描述，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。然而，利用自旋轨道耦合产生自旋流，进而诱导磁体的磁矩翻转，磁矩在电流作用下的翻转方向是随机的，有效控制磁矩的定向翻转，才能有效的数据存取，更利于自旋轨道矩磁阻式随机存储器的集成和产业化。为此，本申请提供了一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器，即SOT-MRAM，在磁阻隧道结沿所述自旋轨道耦合层中的电流方向一侧中存在有缺陷，该缺陷由离子注入产生。这样，由于磁阻隧道结一侧存在局部的非均匀的缺陷分布，从而在垂直于电流源方向上形成横向不对称的磁阻隧道结结构，当自旋轨道耦合层中通入电流时，使得磁性层的磁矩为非对称，进而实现磁性层磁矩的定向翻转。参考图1-图3所示，该SOT-MRAM包括：自旋轨道耦合层100；位于所述自旋轨道耦合层100之上的磁阻隧道结110，所述磁阻隧道结110包括由下至上依次层叠的第一磁性层102、遂穿层104和第二磁性层106，所述第一磁性层102和所述第二磁性层106具有垂直各向异性；其中，沿所述自旋轨道耦合层100中的电流I方向一侧的磁阻隧道结110中存在缺陷112，所述缺陷由离子注入产生。在本申请实施例中，自旋轨道耦合层100为具有自旋-轨道耦合效应的材料制成，通常地，自旋轨道耦合层100可以为具有自旋耦合效应的金属层或拓扑绝缘体层，优选地，可以选择具有大自旋轨道耦合强度的材料，金属层的材料例如可以为Ta、Pt、W、Hf、Ir、CuBi、CuIr或AuW等，拓扑绝缘体层的材料例如可以为BiSn、SnTe、BiSe，等或其他IVA、VA及VIA族化合物中的一种。其中，磁阻隧道结110包括由下至上依次层叠的第一磁性层102、遂穿层104和第二磁性层106，第一磁性层102和第二磁性层106由具有垂直各向异性的铁磁材料形成，铁磁材料可以为单质铁磁材料、合金铁磁材料或具有磁性的金属氧化物等，例如可以为Co、Fe、CoFeB或FePt等硬磁材料。根据具体的需要，第一磁性层102和第二磁性层106可以为相同或不同的材料。遂穿层104位于第一磁性层102和第二磁性层106之间，可以由非磁金属或绝缘材料制成，非磁金属例如可以为Cu或Ag，绝缘材料例如可以为氧化铝、氧化镁或氧化铪等。进一步地，磁阻隧道结110还可以包括第二磁性层106之上的钉扎层108，钉扎层108用于固定磁化方向，为了便于描述，该第二磁性层106之上的钉扎层108可以记做顶部钉扎层，还可以在第一磁性层102与可以磁阻隧道结110之间也设置底部钉扎层，钉扎层的材料例如可以为CoPt多层膜人工反铁磁等。进一步地，磁阻隧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器，其特征在于，包括：自旋轨道耦合层；位于所述自旋轨道耦合层之上的磁阻隧道结，所述磁阻隧道结包括由下至上依次层叠的第一磁性层、遂穿层和第二磁性层，所述第一磁性层和所述第二磁性层具有垂直各向异性；其中，沿所述自旋轨道耦合层中的电流方向一侧的磁阻隧道结中存在缺陷，所述缺陷由离子注入产生。

【技术特征摘要】
1.一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器，其特征在于，包括：自旋轨道耦合层；位于所述自旋轨道耦合层之上的磁阻隧道结，所述磁阻隧道结包括由下至上依次层叠的第一磁性层、遂穿层和第二磁性层，所述第一磁性层和所述第二磁性层具有垂直各向异性；其中，沿所述自旋轨道耦合层中的电流方向一侧的磁阻隧道结中存在缺陷，所述缺陷由离子注入产生。2.根据权利要求1所述的存储器，其特征在于，所述离子注入的离子包括N、As、Ar、Be或P。3.根据权利要求1所述的存储器，其特征在于，所述磁阻隧道结还包括所述第二磁性层之上的钉扎层以及所述钉扎层之上的保护层。4.根据权利要求1-3中任一项所述的存储器，其特征在于，在所述磁阻隧道结中，所述第一磁性层和所述第二磁性层较其他层具有更多的缺陷分布。5.根据权利要求1所述的存储器，其特征在于，所述第一磁性层和所述第二磁性层的材料可以为Co、Fe、CoFeB或FePt。6.一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器的制造方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨美音，罗军，杨腾智，许静，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11