磁存储单元结构及存储器制造技术

本发明专利技术涉及一种磁存储单元结构及存储器，包括：磁隧道结，包括层叠的反铁磁层、自由层、势垒层与参考层；自旋霍尔层，设置于反铁磁层背向自由层的一侧；介电功能层，采用介电材料，贴合于自旋霍尔层背向反铁磁层的一侧；其中，介电功能层背向自旋霍尔层的一侧用于连接电位，以在数据写入时使介电功能层的顶侧和底侧之间形成电势差和电场。本发明专利技术在自旋霍尔层背向反铁磁层的一侧设置介电功能层，在进行数据写入时，该介电功能层产生的电场能够使得介电功能层的晶格发生形变，产生应力，进而传递至反铁磁层与自由层，改变反铁磁层与自由层的各向异性，从而使得自旋霍尔层较容易翻转反铁磁层与自由层，减小了写入电流的需求，降低了数据写入功耗。据写入功耗。据写入功耗。

【技术实现步骤摘要】
磁存储单元结构及存储器


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，特别是涉及一种磁存储单元结构及存储器。

技术介绍

[0002]利用反铁磁和铁磁的本征交换偏置作用进行信息存储的磁存储器(EB
‑
MRAM)，被人们认为有望成为第四代磁存储器。EB
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MRAM的基本存储单元为“自旋霍尔层/反铁磁/自由层/氧化物势垒层/参考层”多层膜结构，它在SOT
‑
MRAM存储单元的基础上插入了一层反铁磁层。反铁磁与自由层之间存在交换偏置作用，反铁磁能够钉扎住自由层磁化方向，从而能够提高自由层的数据存储稳定性。EB
‑
MRAM通过翻转交换偏置的方向，也就是翻转反铁磁对自由层的钉扎方向来翻转自由层磁化方向，以实现数据写入。交换偏置的翻转则主要依靠反铁磁磁化方向的翻转，而反铁磁翻转的主要过程包括自旋霍尔层中自旋流以及焦耳热效应对反铁磁磁矩的扰动。
[0003]但是，由于反铁磁磁矩的各向异性较强，具有强稳定性，从而翻转反铁磁所需的电流较大，造成较高的数据写入功耗。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种数据写入功耗较低的磁存储单元结构及存储器。
[0005]本专利技术提供的一种磁存储单元结构，包括：
[0006]磁隧道结，包括层叠的反铁磁层、自由层、势垒层与参考层；
[0007]自旋霍尔层，设置于所述反铁磁层背向所述自由层的一侧；
[0008]介电功能层，采用介电材料，贴合于所述自旋霍尔层背向所述反铁磁层的一侧；
[0009]其中，所述介电功能层背向所述自旋霍尔层的一侧用于连接电位，以在数据写入时使所述介电功能层的顶侧和底侧之间形成电势差和电场。
[0010]在其中一个实施例中，所述自旋霍尔层包括接线部与连接所述接线部的自旋部，所述接线部的厚度大于所述自旋部的厚度，所述介电功能层位于所述自旋部的背向所述反铁磁层的一侧。
[0011]在其中一个实施例中，所述介电功能层的底侧与所述接线部的底侧齐平，所述接线部的顶侧与所述自旋部的顶侧齐平。
[0012]在其中一个实施例中，所述介电功能层背向所述自旋霍尔层的一侧具有用于连接电位的导电层。
[0013]在其中一个实施例中，所述自旋霍尔层的一端连接第一晶体管，写入电流由所述第一晶体管进入所述自旋霍尔层，流经所述磁隧道结。
[0014]在其中一个实施例中，所述自旋霍尔层的一端连接第一晶体管的一端，所述晶体管的另两端分别连接字线与源线，所述磁隧道结的顶端连接位线。
[0015]在其中一个实施例中，所述介电功能层在所述反铁磁层上的正投影覆盖所述反铁
磁层。
[0016]在其中一个实施例中，所述介电功能层为金属氧化物、金属氮化物、铁电材料和多铁性材料中的一种或多种组合
[0017]在其中一个实施例中，所述磁隧道结还包括钉扎层与覆盖层，所述钉扎层层叠于所述参考层上，所述覆盖层层叠于所述钉扎层背向所述参考层的一侧。
[0018]本专利技术还提供了一种存储器，包括顶电极、底电极，以及上述所述的磁存储单元结构，所述顶电极位于所述磁隧道结的顶端，所述底电极与所述自旋霍尔层连接。
[0019]上述磁存储单元结构及存储器，在自旋霍尔层背向反铁磁层的一侧设置介电功能层，在进行数据写入时，该介电功能层顶侧和底侧之间因电势差产生的电场能够使得介电功能层的晶格发生形变，产生应力，进而传递至反铁磁层与自由层，改变反铁磁层与自由层的各向异性，从而使得自旋霍尔层较容易翻转反铁磁层与自由层，因此，减小了写入电流的需求，降低了数据写入功耗。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术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一简单的介绍，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。
[0021]图1为本专利技术一个实施例的磁存储单元结构的示意图；
[0022]图2为本专利技术另一实施例的磁存储单元结构的示意图；
[0023]图3为本专利技术再一实施例的磁存储单元结构的示意图；
[0024]图4为本专利技术又一实施例的磁存储单元结构的示意图；
[0025]图5为本专利技术一个实施例的存储器的结构示意图。
[0026]附图标记：
[0027]110、磁隧道结；120、自旋霍尔层；122、接线部；124、自旋部；130、介电功能层；140、第一晶体管；150、第二晶体管；160、顶电极；170、底电极。
具体实施方式
[0028]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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。
[0029]需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本专利技术的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0030]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0031]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0032]除非另有定义，本专利技术的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本专利技术的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0033]磁存储器(Magnetic RandomAccess Memory，MRAM)是下一代存储器技术的主要候选者之一。MRAM具有与易失性静态随机存储器(Static Random Access Memory，SRAM)相当的性能和与易失性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁存储单元结构，其特征在于，包括：磁隧道结，包括层叠的反铁磁层、自由层、势垒层与参考层；自旋霍尔层，设置于所述反铁磁层背向所述自由层的一侧；介电功能层，采用介电材料，贴合于所述自旋霍尔层背向所述反铁磁层的一侧；其中，所述介电功能层背向所述自旋霍尔层的一侧用于连接电位，以在数据写入时使所述介电功能层的顶侧和底侧之间形成电势差和电场。2.根据权利要求1所述的磁存储单元结构，其特征在于，所述自旋霍尔层包括接线部与连接所述接线部的自旋部，所述接线部的厚度大于所述自旋部的厚度，所述介电功能层位于所述自旋部的背向所述反铁磁层的一侧。3.根据权利要求2所述的磁存储单元结构，其特征在于，所述介电功能层的底侧与所述接线部的底侧齐平，所述接线部的顶侧与所述自旋部的顶侧齐平。4.根据权利要求1所述的磁存储单元结构，其特征在于，所述介电功能层背向所述自旋霍尔层的一侧具有用于连接电位的导电层。5.根据权利要求1所述的磁存储单元结构，其特征在于，所述自旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊丹荣，张洪超，卢世阳，吕术勤，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：