一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构，包括：源线source line，字线word line，位线bit line，磁性隧道结MTJ；source line用于给整个结构输送电力；word line用于控制所述MTJ的写入与读出；bit line用于控制写入电流的输入并用于所述MTJ的阻态的读出。MTJ包括自由层、隧穿层、钉扎层、重金属层。本发明专利技术简化了SOT

【技术实现步骤摘要】
一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构


[0001]本专利技术属于信息存储领域，特别是涉及一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构。

技术介绍

[0002]在众多的新型非易失性存储器中，磁随机存储器(magnetic random
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access memory，MRAM)以其具有的非易失性，高耐久性，高擦写次数，快速的读写速度以及与CMOS后道工艺的兼容性，成为下一代通用存储技术的有力竞争者。MRAM的基本存储单元为磁性隧道结(magnetic tunnel junction，MTJ)。MTJ的基本结构为磁性层/隧穿层/磁性层，其中一层磁性层的矫顽力较大，磁化方向不易改变，称为钉扎层，另一层的磁性层矫顽力较小，磁化方向容易改变，称为自由层。由于隧穿磁电阻(tunneling magnetoresistance，TMR)效应，两磁性的平行和反平行对应于MTJ的低阻和高阻状态。
[0003]第一代MRAM采用磁场写入方式，磁场靠电流产生。随着尺寸的减小，翻转MTJ所需要的电流也越来越大，造成了功耗的提升，同时由于需要采用电流来产生磁场，面积也很难缩小。
[0004]第二代MRAM采用自旋转移力矩(spin transfer torque，STT)效应进行写入。相比采用磁场写入方式，利用STT效应大大降低了写入电流，随着MRAM单元尺寸的缩小，写入电流将进一步降低。然而，随着集成密度的提高，MTJ的尺寸不断缩小，STT
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MRAM较高的写入电流会导致隧穿层的损伤。同时，由于自旋转移效率的限制，STT
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MRAM的写入电流无法进一步降低，传统STT
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MRAM结构图如图1所示。
[0005]第三代MRAM采用自旋轨道转矩(spin orbit torque，SOT)效应进行写入。相比STT效应，利用SOT效应可以实现分离的读写通道，避免了隧穿层的快速老化。同时SOT效应可以进一步降低写入电流。然而，为了打破对称性，SOT
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MRAM需要施加与电流平行的磁场。这限制了MRAM密度的提高。
[0006]虽然MTJ具有CMOS后道工序的兼容性，但在后道工序的温度(400℃)下制备的MTJ的TMR比值很难高于100％。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构，以解决上述现有技术存在的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构，包括：
[0009]若干个互联的磁随机存储单元；其中，所述磁随机存储单元包括：
[0010]源线source line，字线word line，位线bit line，磁性隧道结MTJ；
[0011]所述source line用于给所述磁随机存储器结构输送电力；
[0012]所述word line用于控制所述MTJ的写入与读出；
[0013]所述bit line用于控制写入电流的输入并用于所述MTJ的阻态的读出；
[0014]所述MTJ用于对需要存储的数据进行随机存储。
[0015]可选的，所述word line基于所述source line的电力供给情况，控制结构回路的连接状态，进而控制所述MTJ的写入与读出。
[0016]可选的，所述bit line包括自旋转移力矩位线STT bit line、自旋轨道转矩位线SOT bit line。
[0017]可选的，所述MTJ包括自由层、隧穿层、钉扎层、重金属层，其中，其中，重金属层、自由层、隧穿层、钉扎层从上到下依次相连。
[0018]可选的，所述钉扎层与所述STT bit line相连，所述重金属层与所述SOT bit line相连。
[0019]可选的，基于对所述bit line供给电流的方式，改变所述磁性隧道结MTJ中的自由层磁化状态，进而改变所述MTJ的电阻大小，控制信息的写入和读出。
[0020]可选的，两个所述磁随机存储单元进行互联时，共用所述source line和所述SOT bit line，互联完成后得到互联结构。
[0021]可选的，基于所述互联结构构建磁随机存储器结构。
[0022]本专利技术的技术效果为：
[0023](1)将自由层设置在钉扎层上方，提高了TMR比值，进而提高了电路的稳定性。
[0024](2)通过两个互联的磁随机存储单元共用一条位线bit line和源线source line的结构提高磁随机存储器的存储密度。
附图说明
[0025]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0026]图1为传统STT
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MRAM结构图；
[0027]图2为本专利技术实施例中的一种具有drain line的MRAM单元结构图；
[0028]图3为本专利技术实施例中的基于STT和SOT单元结构图；
[0029]图4为本专利技术实施例中的根据基于STT和SOT单元结构图构建的单元互联结构图；
[0030]图5为本专利技术实施例中的基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构；
[0031]图6为本专利技术实施例中的基于bit line的MRAM单元结构图；
[0032]图7为本专利技术实施例中的基于图6构建的单元互联结构图；
[0033]图8为本专利技术实施例中的基于图7构建的存储单元阵列图。
[0034]附图标记：1
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自由层，2
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隧穿层，3
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钉扎层，4
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重金属层，5
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source line，6
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word line，7
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bit line，8
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STT bit line，9
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SOT bit line，10
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drain line。
具体实施方式
[0035]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0036]实施例一
[0037]如图2
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5所示，本实施例中提供一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构，
包括：
[0038]源线source line 5，字线word line 6，位线bit line 7，磁性隧道结MTJ；
[0039]source line 5用于给磁随机存储器结构输送电力；
[0040]word line 6用于控制MTJ的写入与读出；
[0041]bit line 7用于控制写入电流的输入并用于MTJ的阻态的读出。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构，其特征在于，包括：若干个互联的磁随机存储单元；其中，所述磁随机存储单元包括：源线source line(5)，字线word line(6)，位线bit line(7)，磁性隧道结MTJ；所述source line(5)用于对所述磁随机存储器结构输送电力；所述word line(6)用于控制所述MTJ的写入与读出；所述bit line(7)用于控制写入电流的输入并用于所述MTJ的阻态的读出；所述MTJ用于对需要存储的数据进行存储。2.根据权利要求1所述的基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构，其特征在于，所述wordline(6)基于所述source line(5)的电力供给情况，控制结构回路的连接状态，进而控制所述MTJ的写入与读出。3.根据权利要求1所述的基于STT和SOT协同作用的磁随机存储器结构，其特征在于，所述bitline(7)包括自旋转移力矩位线STT bitline(8)、自旋轨道转矩位线SOT bit line(9)。4.根据权利要求3所述的基于STT和SOT协同作用的磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：游龙，李少平，张帅，候金成，曹真，
申请(专利权)人：武汉金汤信安科技有限公司，
类型：发明
国别省市：