磁随机存储器及其制造方法、电子设备技术

本发明专利技术实施例提供一种磁随机存储器及其制造方法、电子设备，属于半导体集成电路技术领域。所述磁随机存储器包括至少两层堆叠结构，所述至少两层堆叠结构中的每层堆叠结构包括至少一个磁随机存储结构，相邻两层堆叠结构中的磁随机存储结构交叉布置，其中，每个磁随机存储结构包括SOT底电极层和布置在所述SOT底电极层的第一表面的至少一个磁隧道结MTJ，所述每个磁随机存储结构的SOT底电极层的第一表面朝向同一方向。本发明专利技术实施例的磁随机存储器具有三维存储结构，通过至少两层堆叠结构，能够更好地提高磁随机存储器的存储密度；通过SOT效应，实现更快的数据写入，有效提高可擦写次数。次数。次数。

【技术实现步骤摘要】
磁随机存储器及其制造方法、电子设备


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路
，具体地涉及一种磁随机存储器及其制造方法、电子设备。

技术介绍

[0002]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，其可以独立或集成于使用随机存取存储器的设备中，例如，处理器、专用集成电路或片上系统等。
[0003]磁性存储器（Magnetic Random Access Memory，MRAM）具有高速、低功耗、非易失性及抗辐照等特点，在“后摩尔时代”有望进一步突破传统硅基电子器件工作瓶颈。在MRAM中，磁性隧道结MTJ是整个存储器最关键的部分，其核心是由磁性自由层、隧穿层、磁性固定层组成的多层三明治结构。第三代自旋轨道矩磁阻式随机存储器（Spin
‑
Orbit Torque
‑
Magnetic Random Access Memory，SOT
‑
MRAM），利用磁矩翻转进行随机存储。SOT
‑
MRAM具有高速读写能力、高集成度以及无限次重复写入等优点，具有广阔的发展空间和市场前景。但随着技术的发展，对存储器存储密度的要求越来越高。
[0004]目前，随着摩尔定律的逐渐终结，通过器件微缩来提高存储芯片的存储密度，变得越来越困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的是提供一种磁随机存储器，该磁随机存储器能够提高存储芯片的存储密度。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种磁随机存储器，所述磁随机存储器包括至少两层堆叠结构，所述至少两层堆叠结构中的每层堆叠结构包括至少一个磁随机存储结构，相邻两层堆叠结构中的磁随机存储结构交叉布置，其中，每个磁随机存储结构包括SOT底电极层和布置在所述SOT底电极层的第一表面的至少一个磁隧道结MTJ，所述每个磁随机存储结构的SOT底电极层的第一表面朝向同一方向。
[0007]可选的，所述相邻两层堆叠结构中的磁随机存储结构垂直交叉布置。
[0008]可选的，当所述每层堆叠结构包括多个磁随机存储结构时，所述每层堆叠结构的多个磁随机存储结构平行布置。
[0009]可选的，对于所述每个磁随机存储结构，当该磁随机存储结构包括多个磁隧道结MTJ时，所述多个磁隧道结MTJ之间的距离为预设距离，该预设距离为对所述多个磁隧道结MTJ的膜层进行侧壁清洗的最短距离。
[0010]可选的，以所述每个磁随机存储结构的SOT底电极层的第一表面朝向作为上方，每个磁隧道结MTJ从下至上包括自由层、势垒层、参考层和钉扎层。
[0011]可选的，当所述磁随机存储器为面内水平磁化翻转类型的磁随机存储器时，对于所述每个磁随机存储结构，通过施加在该磁随机存储结构的SOT底电极层的写电流，对该磁
随机存储结构选定的磁隧道结MTJ的自由层磁化翻转，以将数据写入所选定的磁隧道结MTJ。
[0012]可选的，当所述磁随机存储器为面外垂直磁化翻转类型的磁随机存储器时，对于所述每个磁随机存储结构，通过外磁场使该磁随机存储结构选定的磁隧道结MTJ垂直于自由层的磁矩偏离垂直方向预设角度，再通过施加在该磁随机存储结构的SOT底电极层的写电流产生的自旋转移力矩，使所选定的磁隧道结MTJ的自由层磁化翻转，以将数据写入所选定的磁隧道结MTJ，所述外磁场是通过施加在与该磁随机存储结构相邻的堆叠结构的任一磁随机存储结构的SOT底电极层的预设电流所产生的磁场。
[0013]可选的，所述磁随机存储器还包括顶电极层，布置在所述每个磁隧道结MTJ的上方，通过施加在所述顶电极层的读电流，读取选定的磁隧道结MTJ的数据。
[0014]可选的，所述磁随机存储器还包括布置在每个磁隧道结MTJ上的选通电路，用于通过对所述选通电路的控制，实现对磁隧道结MTJ的选定。
[0015]本专利技术实施例还提供一种磁随机存储器的制造方法，所述磁随机存储器的制造方法包括：制作第一层堆叠结构，在衬底晶体圆材料上沉积至少一个SOT底电极层，在所述至少一个SOT底电极层的每个SOT底电极层的第一表面生长至少一个磁隧道结MTJ；制作第二层堆叠结构，在所述第一层堆叠结构的预设位置刻蚀至少一个凹槽，在每个凹槽处生长第二层堆叠结构的SOT底电极层，在每个SOT底电极层的第一表面生长至少一个磁隧道结MTJ；以及当所述磁随机存储器包括超过两层堆叠结构时，重复第二层堆叠结构的制作过程，其中，相邻两层堆叠结构中的SOT底电极层交叉布置。
[0016]可选的，所述相邻两层堆叠结构中的SOT底电极层垂直交叉布置。
[0017]可选的，当每层堆叠结构包括多个SOT底电极层时，所述每层堆叠结构的多个SOT底电极层平行布置。
[0018]可选的，对于每个磁随机存储结构，当该磁随机存储结构包括多个磁隧道结MTJ时，所述多个磁隧道结MTJ之间的距离为预设距离，该预设距离为对所述多个磁隧道结MTJ的膜层进行侧壁清洗的最短距离。
[0019]本专利技术实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器以及与所述处理器耦合的上述磁随机存储器。
[0020]通过上述技术方案，本专利技术实施例的磁随机存储器具有三维存储结构，通过至少两层堆叠结构，能够更好地提高磁随机存储器的存储密度；通过SOT效应，实现更快的数据写入，有效提高可擦写次数。
[0021]本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0022]附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施例，但并不构成对本专利技术实施例的限制。在附图中：图1是本专利技术实施例提供的磁随机存储器的侧视结构示意图；图2是图1示例磁随机存储器的俯视结构示意图；图3是示例面内水平磁化磁随机存储器的结构示意图；
图4是示例面外垂直磁化磁随机存储器的结构示意图；图5是示例面外垂直磁化磁随机存储器翻转原理示意图；图6是本专利技术实施例提供的磁随机存储器的制造方法的流程示意图；图7A是示例制作第一层堆叠结构的示意图；图7B是示例生长第二层结构的示意图；以及图7C是示例制作第二层堆叠结构的示意图。
[0023]附图标记说明10
‑
堆叠结构；11
‑
SOT底电极层；12
‑
磁隧道结MTJ；13
‑
顶电极层。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。
[0025]再详细解释本专利技术实施例之前，先对本专利技术实施例所涉及的相关技术进行简单介绍。
[0026]自旋轨道矩磁阻式随机存储器（Spin
‑
Orbit Torque
‑
Magnetic Random Access Memory，SOT
‑
MR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁随机存储器，其特征在于，所述磁随机存储器包括至少两层堆叠结构，所述至少两层堆叠结构中的每层堆叠结构包括至少一个磁随机存储结构，相邻两层堆叠结构中的磁随机存储结构交叉布置，其中，每个磁随机存储结构包括SOT底电极层和布置在所述SOT底电极层的第一表面的至少一个磁隧道结MTJ，所述每个磁随机存储结构的SOT底电极层的第一表面朝向同一方向。2.根据权利要求1所述的磁随机存储器，其特征在于，所述相邻两层堆叠结构中的磁随机存储结构垂直交叉布置。3.根据权利要求1所述的磁随机存储器，其特征在于，当所述每层堆叠结构包括多个磁随机存储结构时，所述每层堆叠结构的多个磁随机存储结构平行布置。4.根据权利要求1所述的磁随机存储器，其特征在于，对于所述每个磁随机存储结构，当该磁随机存储结构包括多个磁隧道结MTJ时，所述多个磁隧道结MTJ之间的距离为预设距离，该预设距离为对所述多个磁隧道结MTJ的膜层进行侧壁清洗的最短距离。5.根据权利要求1所述的磁随机存储器，其特征在于，以所述每个磁随机存储结构的SOT底电极层的第一表面朝向作为上方，每个磁隧道结MTJ从下至上包括自由层、势垒层、参考层和钉扎层。6.根据权利要求5所述的磁随机存储器，其特征在于，当所述磁随机存储器为面内水平磁化翻转类型的磁随机存储器时，对于所述每个磁随机存储结构，通过施加在该磁随机存储结构的SOT底电极层的写电流，对该磁随机存储结构选定的磁隧道结MTJ的自由层磁化翻转，以将数据写入所选定的磁隧道结MTJ。7.根据权利要求5所述的磁随机存储器，其特征在于，当所述磁随机存储器为面外垂直磁化翻转类型的磁随机存储器时，对于所述每个磁随机存储结构，通过外磁场使该磁随机存储结构选定的磁隧道结MTJ垂直于自由层的磁矩偏离垂直方向预设角度，再通过施加在该磁随机存储结构的SOT底电极层的写电流产生的自旋转移力矩，使所选定的磁隧道结MTJ的自由层磁化翻转，以将数据写入所选定的磁隧道结MTJ，所述外磁场是...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯春辉，张丛，范晓飞，刘宏喜，曹凯华，王戈飞，
申请(专利权)人：致真存储北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：