一种磁性随机存储器及其制造方法技术

本发明专利技术提供的一种磁随机存储器及其制造方法，包括自旋轨道耦合层，自旋轨道耦合层的材料为钨合金材料，自旋轨道耦合层上的堆叠层，堆叠层包括依次层叠的磁性自由层、遂穿层和磁性固定层，自旋轨道耦合层控制磁性自由层的磁化方向，磁性固定层的磁化方向是固定的。这样，选择钨合金材料作为自旋轨道耦合层，电流通入自旋轨道耦合层后，由于钨合金材料的自旋霍尔角大，电流与自旋流之间的转化效率较高，产生的垂直于电流方向的自旋流较高，使得能够自旋轨道耦合层能够更快的翻转磁性自由层的磁化方向，提高读取速度。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性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，特别涉及一种磁性随机存储器及其制造方法。
技术介绍
基于自旋轨道矩的磁性随机存储器(SpinOrbitTorqueMagneticRandomAccessMemory，SOT-MRAM)因其较快的写入速度、较低的写入电流以及较好的兼容性，称为自旋电子学与磁信息存储领域研究的热点。在磁性随机存储器的自旋轨道耦合层中通入电流，自旋轨道耦合层中自旋方向不同的电子向电流的垂直方向移动产生自旋流，自旋流诱导磁性自由层的磁矩翻转。但是目前的自旋轨道耦合层的材料的自旋霍尔角较小，即电流与自旋流之间的转化效率较低，能量损耗较大，使得产生的自旋流较小，难以诱导磁性自由层的磁矩发生翻转，导致读取速度降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种磁性存储器及其制造方法，增大电流与自旋流的转化效率，提高读取速度。为实现上述目的，本专利技术有如下技术方案：一种磁随机存储器，包括：自旋轨道耦合层，所述自旋轨道耦合层的材料为钨合金材料；所述自旋轨道耦合层上的堆叠层，所述堆叠层包括依次层叠的磁性自由层、遂穿层和磁性固定层，所述自旋轨道耦合层控制所述磁性自由层的磁化方向，所述磁性固定层的磁化方向是固定的；所述堆叠层上的顶电极层。可选的，所述钨合金材料为钨与重金属、过渡金属、半导体、镧系中的至少一种组成的合金，或，所述钨与所述重金属、所述过渡金属、所述半导体、所述镧系中的至少一种形成的多层膜结构。。可选的，所述重金属包括金、银、铅和镓中的至少一种，所述过渡金属包括钽、铪、钌、铂、钯、铬、铑、钼、铌、铱、钇、锝、铼、锇、锰、锆和钒中的至少一种，所述半导体包括砷、锗和硅中的至少一种，所述镧系包括钆、钐、铽、镝和钬中的至少一种。可选的，还包括：钉扎层和保护层，所述钉扎层位于所述磁性固定层上，所述保护层位于所述钉扎层上。可选的，所述自旋轨道耦合层的面积大于或等于所述磁性自由层的面积。可选的，所述磁性自由层和所述磁性固定层的材料为铁、钴、镍或它们的合金。可选的，所述遂穿层的材料为非磁性金属材料或绝缘材料。一种磁随机存储器的制造方法，包括：在基片上形成自旋轨道耦合层，所述自旋轨道耦合层的材料为钨合金材料；在所述自旋轨道耦合层上依次形成磁性自由层、遂穿层和磁性固定层，所述自旋轨道耦合层控制所述磁性自由层的磁化方向，所述磁性固定层的磁化方向是固定的；在所述磁性固定层上形成顶电极层。可选的，所述钨合金材料为钨与重金属、过渡金属、半导体、镧系中的至少一种组成的合金；所述在基片上形成自旋轨道耦合层，所述自旋轨道耦合层的材料为钨合金材料，包括：采用共溅射或溅射合金靶在基片上生长钨合金材料；对生长的钨合金材料进行平坦化工艺，以形成自旋轨道耦合层。可选的，所述钨合金材料为钨与所述重金属、所述过渡金属、所述半导体、所述镧系中的至少一种形成的多层膜结构；所述在基片上形成自旋轨道耦合层，所述自旋轨道耦合层的材料为钨合金材料，包括：在基片上形成由第一材料层和第二材料层交替层叠的叠层；所述第一材料层为钨，所述第二材料层为重金属、过渡金属、半导体、镧系中的至少一种。本专利技术实施例提供的磁随机存储器，包括自旋轨道耦合层，自旋轨道耦合层的材料为钨合金材料，自旋轨道耦合层上的堆叠层，堆叠层包括依次层叠的磁性自由层、遂穿层和磁性固定层，自旋轨道耦合层控制磁性自由层的磁化方向，磁性固定层的磁化方向是固定的。这样，选择钨合金材料作为自旋轨道耦合层，电流通入自旋轨道耦合层后，由于钨合金材料的自旋霍尔角较高，电流与自旋流之间的转化效率较高，产生的垂直于电流方向的自旋流较高，使得能够自旋轨道耦合层能够更快的翻转磁性自由层的磁化方向，提高读取速度。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它的附图。图1示出了根据本专利技术实施例的一种磁性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的一种磁性存储器的制造方法的流程示意图；图3-6示出了根据本专利技术实施例一种磁性存储器的结构示意图。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它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，目前的自旋轨道耦合层的材料的自旋霍尔角较小，即电流与自旋流之间的转化效率较低，能量损耗较大，使得产生的自旋流较小，难以诱导磁性自由层的磁矩发生翻转，导致读取速度降低。基于此，本申请提供了一种磁性随机存储器，参考图1所示，包括：自旋轨道耦合层100，自旋轨道耦合层100的材料为钨合金材料；自旋轨道耦合层100上的堆叠层，堆叠层包括依次层叠的磁性自由层121、遂穿层122和磁性固定层123，自旋轨道耦合层100控制磁性自由层121的磁化方向，磁性固定层123的磁化方向是固定的；堆叠层上的顶电极层130。本申请实施例中，自旋轨道耦合层100具有强自旋-轨道耦合(Spin-OrbitCoupling，SOC)效应，当自旋轨道耦合层100中注入电流后，自旋轨道耦合层100中自旋向上的电子与自旋向下的电子分别在自旋轨道耦合层100的两侧等量聚集，产生垂直于电流方向的自旋流，即自旋霍尔效应(SpinHallEffect，SHE)。自旋流流经磁性自由层121时，会对磁性自由层121产生力矩的作用，即自旋轨道矩(SpinOrbitTorque，SOT)，自旋轨道矩使得磁性自由层121发生磁化翻转。本申请实施例中，自旋轨道耦合层100的材料可以为钨合金材料，由于自旋轨道耦合层110的材料为钨合金材料时，自旋轨道耦合层110的电流与自旋流之间的转化效率较高，产生的垂直于电流方向的自旋流较高，使得能够自旋轨道耦合层能够更快的翻转磁性自由层的磁化方向。钨合金材料可以为钨与重金属、过渡金属、半导体、镧系中的至少一种组成的合金，也可以为钨与重金属、过渡金属、半导体、镧系中的至少一种形成的多层膜结构。例如，钨合金材料可以为钨与重金属组成的合金，重金属可以为金(Au)、银(Ag)、铅(Pb)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁随机存储器，其特征在于，包括：/n自旋轨道耦合层，所述自旋轨道耦合层的材料为钨合金材料；/n所述自旋轨道耦合层上的堆叠层，所述堆叠层包括依次层叠的磁性自由层、遂穿层和磁性固定层，所述自旋轨道耦合层控制所述磁性自由层的磁化方向，所述磁性固定层的磁化方向是固定的；/n所述堆叠层上的顶电极层。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁随机存储器，其特征在于，包括：
自旋轨道耦合层，所述自旋轨道耦合层的材料为钨合金材料；
所述自旋轨道耦合层上的堆叠层，所述堆叠层包括依次层叠的磁性自由层、遂穿层和磁性固定层，所述自旋轨道耦合层控制所述磁性自由层的磁化方向，所述磁性固定层的磁化方向是固定的；
所述堆叠层上的顶电极层。


2.根据权利要求1所述的磁随机存储器，其特征在于，所述钨合金材料为钨与重金属、过渡金属、半导体、镧系中的至少一种组成的合金，或，所述钨与所述重金属、所述过渡金属、所述半导体、所述镧系中的至少一种形成的多层膜结构。


3.根据权利要求2所述的磁随机存储器，其特征在于，所述重金属包括金、银、铅和镓中的至少一种，所述过渡金属包括钽、铪、钌、铂、钯、铬、铑、钼、铌、铱、钇、锝、铼、锇、锰、锆和钒中的至少一种，所述半导体包括砷、锗和硅中的至少一种，所述镧系包括钆、钐、铽、镝和钬中的至少一种。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的磁随机存储器，其特征在于，还包括：
钉扎层和保护层，所述钉扎层位于所述磁性固定层上，所述保护层位于所述钉扎层上。


5.根据权利要求1-3任意一项所述的磁随机存储器，其特征在于，所述自旋轨道耦合层的面积大于或等于所述磁性自由层的面积。


6.根据权利要求1-3任意一项所述的磁随机存储器，其特征在于，所述磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨美音，高建峰，崔岩，罗军，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