磁性存储器阵列制造技术

本发明专利技术提供一种磁性存储器阵列，包括：按矩形阵列形式排布的多个磁存储单元，每个所述磁存储单元包括磁性隧道结和磁性电极，其中，所述磁性电极为具有长轴和短轴的几何结构，所述磁性电极在膜平面内磁化，磁化方向沿长轴方向，所述磁性电极用于提供一个辅助所述磁性隧道结自由层翻转的磁矩，所述磁性电极的几何尺寸大于所述磁性隧道结的几何尺寸，所述磁性存储器阵列中水平和垂直方向相邻的两个磁存储单元的磁性电极的长轴方向不共线。本发明专利技术能够提高磁性存储器阵列的密度。

Magnetic memory array

【技术实现步骤摘要】
磁性存储器阵列
本专利技术涉及磁存储器
，尤其涉及一种磁性存储器阵列。
技术介绍
自旋转移矩磁存储器(STT-MRAM)是一种利用电流改变MTJ状态的磁性随机存储器，该存储器除了具有电路设计简单，读写速度快，无限次擦写等优点外，相对于传统存储器如DRAM的最大优势为非易失性(断电数据不丢失)。为了在满足MTJ的数据保存时间基础上尽可能降低MTJ的尺寸，MTJ中的磁记录和参考层需要采用垂直磁化材料。对于垂直结构的磁性隧道结，为加快自由层翻转，在自由层上方再生长一层磁化方向固定在面内的磁性层或者磁性电极，在自由层处产生一个磁场，使得自由层与固定层间存在一个初始夹角，从而能够加快室温下MTJ的翻转速度，同时降低写入电压。为了使得磁性电极的磁化方向固定，需要借助形状各向异性带来的各向异性场，对应的磁性电极一般为椭圆形。但是，在组成存储器阵列时，为防止金属电极之间漏电，金属电极必须保持一定的间距，在传统的存储器阵列设计中使用椭圆形电极会影响存储器阵列的密度。因此，如何提高磁性存储器阵列的密度，成为一个必须解决的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种磁性存储器阵列，能够提高磁性存储器阵列的密度。本专利技术提供一种磁性存储器阵列，包括：按矩形阵列形式排布的多个磁存储单元，每个所述磁存储单元包括磁性隧道结和磁性电极，其中，所述磁性电极为具有长轴和短轴的几何结构，所述磁性电极在膜平面内磁化，磁化方向沿长轴方向，所述磁性电极用于提供一个辅助所述磁性隧道结自由层翻转的磁矩，所述磁性电极的几何尺寸大于所述磁性隧道结的几何尺寸，所述磁性存储器阵列中水平和垂直方向相邻的两个磁存储单元的磁性电极的长轴方向不共线。可选地，所述磁性存储器阵列中相邻的两个磁存储单元的磁性电极的长轴方向互相垂直。可选地，所述磁性存储器阵列中相邻的两个磁存储单元的其中一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿阵列的第一方向，另一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿阵列的第二方向，其中所述阵列的第一方向和阵列的第二方向垂直。可选地，所述磁性存储器阵列中相邻的两个磁存储单元的其中一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿逆时针方向和阵列的第一方向呈45度倾角，另一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿顺时针方向和阵列的第一方向呈45度倾角，以实现互相垂直。可选地，每个所述磁存储单元的磁性隧道结为圆形结构。可选地，每个所述磁存储单元的磁性电极为椭圆形，长轴和短轴的比例介于1.2～3之间。可选地，每个所述磁存储单元的磁性电极为矩形，长边和短边的比例介于1.2～3之间。可选地，每个所述磁存储单元的磁性电极至少包含一层铁磁材料薄膜。可选地，每个所述磁存储单元的磁性电极靠近磁性隧道结的自由层，并通过隔离层与磁性隧道结隔开。可选地，每个所述磁存储单元还包括非磁性电极，所述非磁性电极靠近磁性隧道结的固定层。本专利技术提供的磁性存储器阵列，包括按矩形阵列形式排布的多个磁存储单元，每个所述磁存储单元包括磁性隧道结和磁性电极，其中，所述磁性电极为具有长轴和短轴的几何结构，所述磁性存储器阵列中水平和垂直方向相邻的两个磁存储单元的磁性电极的长轴方向不共线，与现有技术相比，本专利技术对阵列排布形式作了优化，能够提高阵列密度。附图说明图1为本专利技术的磁性存储器阵列的一种排列结构；图2为本专利技术的磁性存储器阵列的另一种排列结构；图3为本专利技术的磁性存储器阵列中的磁存储单元的立体视图；图4为阵列结构优化效果对比示意图；图5为本专利技术的磁性存储器阵列中的磁存储单元的一种层叠结构；图6为本专利技术的磁性存储器阵列中的磁存储单元的另一种层叠结构。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供一种磁性存储器阵列，包括：按矩形阵列形式排布的多个磁存储单元，每个磁存储单元包括磁性隧道结和磁性电极，其中，磁性电极为具有长轴和短轴的几何结构，磁性电极在膜平面内磁化，磁化方向沿长轴方向，磁性电极用于提供一个辅助磁性隧道结自由层翻转的磁矩，磁性电极的几何尺寸大于磁性隧道结的几何尺寸，磁性存储器阵列中水平和垂直方向相邻的两个磁存储单元的磁性电极的长轴方向不共线。也就是说，每个磁存储单元的磁性电极的长轴方向与其相邻的磁存储单元的磁性电极的长轴方向不共线。本专利技术实施例中，定义磁性电极沿某一方向的长度最长，则为磁性电极的长轴方向。可选地，磁性存储器阵列在排布存储单元时，不论是水平方向，还是垂直方向，相邻的两个磁存储单元的磁性电极的长轴方向互相垂直。如图1所示，为本专利技术的磁性存储器阵列的一个实施例。图中，每个椭圆形表示磁存储单元的磁性电极，箭头方向代表磁化方向，这里只画出了一个原胞的四个磁存储单元的磁化方向，椭圆形内部的圆形表示磁存储单元的磁性隧道结。定义X方向为阵列的第一方向，Y方向为阵列的第二方向，X方向和Y方向垂直，该磁性存储器阵列中，任意相邻的两个磁存储单元的其中一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿阵列的第一方向，另一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿阵列的第二方向，以实现互相垂直。如图2所示，为本专利技术的磁性存储器阵列的另一个实施例。同样定义X方向为阵列的第一方向，Y方向为阵列的第二方向，X方向和Y方向垂直，该磁性存储器阵列中，任意相邻的两个磁存储单元的其中一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿逆时针方向和阵列的第一方向呈45度倾角，另一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿顺时针方向和阵列的第一方向呈45度倾角，形成一个类似于“外八”和“内八”的交替排列，以实现互相垂直。上述两个实施例中，每个磁存储单元的磁性隧道结为圆形结构，呈正方形排布，每个磁存储单元的磁性电极为椭圆形，长轴和短轴的比例介于1.2～3之间。另外需要说明，每个磁存储单元的磁性电极还可以为矩形，长边和短边的比例介于1.2～3之间。磁性电极至少包含一层铁磁材料薄膜，可选择的材料包括Fe、Ni、Co或者其他合金如CoFe，CoFeB，NiFe等。另外，每个磁存储单元还包括非磁性电极，非磁性电极和磁性电极分别位于磁性隧道结的不同侧，磁性电极靠近磁性隧道结的自由层，并通过隔离层与磁性隧道结隔开，非磁性电极靠近磁性隧道结的固定层。如图3所示，展示了磁性电极为椭圆形时的立体视图，箭头方向代表磁化方向。本专利技术实施例提供的磁性存储器阵列，能够提高磁性存储器阵列的阵列密度。以图1所示的阵列结构为例，具体分析如下：为了防止金属(电极)间漏电，电极间最小间距必须大于某一特定值g。上下电极最小尺寸需要比MTJ以及上下层连接孔(VIA)尺寸大，弥补上下层间套刻误差，这个差别设为dCD。同时MTJ刻蚀工艺要求：M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性存储器阵列，其特征在于，包括：按矩形阵列形式排布的多个磁存储单元，每个所述磁存储单元包括磁性隧道结和磁性电极，其中，所述磁性电极为具有长轴和短轴的几何结构，所述磁性电极在膜平面内磁化，磁化方向沿长轴方向，所述磁性电极用于提供一个辅助所述磁性隧道结自由层翻转的磁矩，所述磁性电极的几何尺寸大于所述磁性隧道结的几何尺寸，所述磁性存储器阵列中水平和垂直方向相邻的两个磁存储单元的磁性电极的长轴方向不共线。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁性存储器阵列，其特征在于，包括：按矩形阵列形式排布的多个磁存储单元，每个所述磁存储单元包括磁性隧道结和磁性电极，其中，所述磁性电极为具有长轴和短轴的几何结构，所述磁性电极在膜平面内磁化，磁化方向沿长轴方向，所述磁性电极用于提供一个辅助所述磁性隧道结自由层翻转的磁矩，所述磁性电极的几何尺寸大于所述磁性隧道结的几何尺寸，所述磁性存储器阵列中水平和垂直方向相邻的两个磁存储单元的磁性电极的长轴方向不共线。


2.根据权利要求1所述的磁性存储器阵列，其特征在于，所述磁性存储器阵列中相邻的两个磁存储单元的磁性电极的长轴方向互相垂直。


3.根据权利要求2所述的磁性存储器阵列，其特征在于，所述磁性存储器阵列中相邻的两个磁存储单元的其中一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿阵列的第一方向，另一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿阵列的第二方向，其中所述阵列的第一方向和阵列的第二方向垂直。


4.根据权利要求2所述的磁性存储器阵列，其特征在于，所述磁性存储器阵列中相邻的两个磁存储单元的其中一个磁存储单元的磁性电极长轴方向沿逆时...

【专利技术属性】
技术研发人员：何世坤，竹敏，承祎琳，
申请(专利权)人：中电海康集团有限公司，浙江驰拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33