CN117500281B - 磁存储器及其制备方法、电子设备 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本申请提供一种磁存储器及其制备方法、电子设备，涉及半导体技术领域，用于解决存储密度较低的技术问题。该磁存储器包括至少一个行单元，每个行单元包括自旋轨道转矩层、至少两个磁隧道结和选择器。至少两个磁隧道结沿第一方向间隔排布在自旋轨道转矩层，最外侧的两个磁隧道结彼此背离的一侧分别设置有选择器。选择器还与自旋轨道转矩层耦接，且被配置为允许电流在自旋轨道转矩层沿第一方向或者第二方向流动。通过两个选择器可以改变自旋轨道转矩层内电流的流动方向，无需设置晶体管，可以降低其所占用面积，从而提升磁存储器的存储密度。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种磁存储器及其制备方法、电子设备。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，磁存储器（Magnetic Random Access Memory，简称MRAM）成为下一代存储器技术的主要候选者之一。磁存储器包括磁隧道结（MagneticTunnel Junction，简称MTJ），其通常为两个铁磁层夹着一个势垒层而形成的三明治结构。两个铁磁层中的一个铁磁层磁化方向不变，被称为固定层。另一个铁磁层的磁化方向可以被外界激励改变，被称为自由层。当自由层的磁化方向与固定层平行或反平行时，磁隧道结分别处于低电阻态或高电阻态，这两种阻态分别代表二进制数据“0”和“1”。
自旋轨道矩磁存储器（Spin-orbit Torque MRAM，简称SOT-MRAM）具有非易失性、高速低功耗数据写入和高器件耐久性等优点，有望突破后摩尔时代集成电路功耗瓶颈。自旋轨道矩磁存储器通过自旋电流能够翻转自由层的磁化方向，从而实现数据写入。然而，自旋轨道矩磁存储器作为三端口器件，每个磁隧道结至少需要耦合两个晶体管，磁存储器的存储密度较低。
发明内容
鉴于上述问题，本申请实施例提供一种磁存储器及其制备方法、电子设备，提高其存储密度。
本申请提供一种磁存储器，所述磁存储器具有至少一个行单元，每个所述行单元包括：自旋轨道转矩层、至少两个磁隧道结和选择器；
所述至少两个磁隧道结设置在所述自旋轨道转矩层上且沿第一方向间隔排布，所述至少两个磁隧道结中位于最外侧的两个所述磁隧道结彼此背离的一侧分别设置有所述选择器，所述选择器与所述自旋轨道转矩层耦接，被配置为允许电流在所述自旋轨道转矩层沿第一方向或者第二方向流动，所述第二方向与所述第一方向相反。
在一些可能的实现方式中，所述行单元还包括源极线、第一字线，以及至少两条第二字线，所述源极线与所述至少两个磁隧道结一侧的所述选择器耦接，所述第一字线与所述至少两个磁隧道结另一侧的所述选择器耦接，每个所述磁隧道结与一条所述第二字线对应耦接；
所述源极线和所述第一字线中的一者被配置为施加写入电压，另一者被配置为接地，所述第二字线被配置为浮空或者施加辅助写入电压，以使所述两个选择器均导通，与施加所述辅助写入电压的所述第二字线对应连接的所述磁隧道结写入数据；
在一些可能的实现方式中，所述行单元还包括源极线、第一字线，以及至少两条第二字线，所述源极线与所述至少两个磁隧道结一侧的所述选择器耦接，所述第一字线与所述至少两个磁隧道结另一侧的所述选择器耦接，每个所述磁隧道结与一条所述第二字线对应耦接；
所述源极线被配置为施加读取电压，所述第一字线被配置为浮空，所述第二字线被配置为接地或者浮空，以使一个所述选择器导通，另一个所述选择器截止，与接地的所述第二字线对应连接的所述磁隧道结读出数据。
在一些可能的实现方式中，所述磁存储器还包括衬底、设置在所述衬底上的介质层，以及设置在所述介质层内的互连结构；
所述自旋轨道转矩层设置在所述衬底上，所述互连结构分别连接所述第一字线和相对应所述选择器、所述第二字线和相对应所述磁隧道结，以及所述源极线和相对应的所述选择器。
在一些可能的实现方式中，所述自旋轨道转矩层包括相连接的第一分层和第二分层，所述第一分层与所述磁隧道结相对，所述第二分层与所述磁隧道结相错，所述第一分层的材质包括可产生自旋轨道矩的材料，所述第二分层的材质包括低阻材料或者铁磁材料。
在一些可能的实现方式中，所述第一分层和所述第二分层沿第三方向依次交替设置，每个所述第一分层上对应设置有一个所述磁隧道结。
在一些可能的实现方式中，所述行单元还包括填充层和隔离层，所述填充层设置在相邻两个所述磁隧道结之间，且与所述磁隧道结间隔设置，所述隔离层填充在所述磁隧道结与所述填充层之间，以及所述磁隧道结和所述选择器之间，所述填充层与所述选择器材质相同。
在一些可能的实现方式中，所述填充层沿所述第三方向相对的两侧分别与对应的所述第二分层沿所述第三方向相对的两侧对齐，所述选择器沿所述第三方向相对的两侧分别与对应的所述第二分层沿所述第三方向相对的两侧对齐；
和/或，所述选择器背离所述自旋轨道转矩层的表面与所述填充层背离所述自旋轨道转矩层的表面对齐。
在一些可能的实现方式中，所述可产生自旋轨道矩的材料包括重金属材料、拓扑绝缘体和二维材料；
和/或，所述选择器的材质包括相变材料、氧化铌、铜锗硒铪的氧化物、砷碲锗硅的氮化物或者可在绝缘态和导电态之间转变的材料。
本申请实施例提供的磁存储器至少具有如下优点：
本申请实施例提供的磁存储器包括至少一个行单元，每个行单元包括自旋轨道转矩层、至少两个磁隧道结和选择器。至少两个磁隧道结沿第一方向间隔排布在自旋轨道转矩层，最外侧的两个磁隧道结彼此背离的一侧分别设置有选择器。选择器与自旋轨道转矩层耦接，且被配置为允许电流在自旋轨道转矩层沿第一方向或者第二方向流动。通过两个选择器可以改变自旋轨道转矩层内电流的流动方向，无需设置晶体管，可以降低其所占用面积，从而提升磁存储器的存储密度。同时，行单元中的至少两个磁隧道结共用两个选择器，可以降低选择器的数量，进一步提高磁存储器的存储密度。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括如上所述的磁存储器，因而至少具有存储密度较大的优点，具体效果参照上文，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种磁存储器的制备方法，其包括：
形成叠置的自旋轨道转矩层和磁隧道结堆叠层；
去除部分所述磁隧道结堆叠层，形成多个沿第三方向间隔设置的磁隧道结；
在所述磁隧道结的两个侧壁上形成隔离层，各所述隔离层间隔设置；
在最外侧的两个所述隔离层彼此背离的侧壁上形成选择器。
在一些可能的实现方式中，在所述磁隧道结的两个侧壁上形成隔离层之后，在最外侧的两个所述隔离层彼此背离的侧壁上形成选择器之前，还包括：
刻蚀去除暴露的所述自旋轨道转矩层，形成多个间隔设置的第一分层；
在所述相邻的所述第一分层之间形成第二分层，所述第二分层与所述第一分层相接，所述第一分层和所述第二分层形成新的所述自旋轨道转矩层，所述第二分层的材质包括低阻材料或者铁磁材料。
在一些可能的实现方式中，在最外侧的两个所述隔离层彼此背离的侧壁上形成选择器的同时，还在其余相邻的两个所述隔离层之间的空隙内形成填充层，所述填充层与所述选择器材质相同。
在一些可能的实现方式中，在最外侧的两个所述隔离层彼此背离的侧壁上形成选择器之后，还包括：
去除部分所述自旋轨道转矩层、所述磁隧道结和所述选择器，形成多个沿第四方向间隔设置的第一沟槽，所述第一沟槽贯穿所述自旋轨道转矩层、所述磁隧道结和所述选择器，所述第四方向与所述第三方向交叉；
至少在所述第一沟槽内形成介质层。
本申请实施例提供的磁存储器的制备方法至少具有如下优点：
本申请实施例中的磁存储器的制备方法中，形成自旋轨道转矩层，并在自旋轨道转矩层上形成磁隧道结堆叠层；去除部分磁隧道结堆叠层，形成多个间隔设置的磁隧道结；在磁隧道结的侧壁上形成隔离层，各隔离层间隔设置；在最外侧的两个隔离层彼此背离的侧壁上形成选择器，无需设置晶体管，可以降低其所占用面积，从而提升磁存储器的存储密度。同时，沿第一方向排布的磁隧道结共用两个选择器，可以降低选择器的数量，进一步提高磁存储器的存储密度。
附图说明
图1为本申请一实施例中的磁存储器的第一种结构示意图；
图2为本申请一实施例中的磁存储器的第二种结构示意图；
图3为本申请一实施例中的磁存储器的第三种结构示意图；
图4为本申请一实施例中的磁存储器的制备方法的流程图；
图5为本申请一实施例中的形成第一掩膜层后的立体图；
图6为本申请一实施例中的形成第三沟槽后的立体图；
图7为本申请一实施例中的形成第三沟槽后的示意图；
图8为本申请一实施例中的形成隔离层后的示意图；
图9为本申请一实施例中的形成选择器后的示意图；
图10为本申请一实施例中的第二沟槽延伸至衬底的过程图；
图11为本申请一实施例中的形成选择器的过程图；
图12为本申请一实施例中的形成选择器和填充层后的示意图；
图13为本申请一实施例中的形成第一沟槽后的立体图。
附图标记说明：
10-衬底； 20-自旋轨道转矩层；
21-第一分层； 22-第二分层；
30-磁隧道结； 31-第一磁层；
32-势垒层； 33-第二磁层；
34-磁隧道结堆叠层； 35-第三沟槽；
36-第二沟槽； 40-选择器；
50-隔离层； 60-填充层；
70-介质层； 80-互连结构；
91-源极线； 92-第一字线；
93-第二字线； 100-第一掩膜层。
具体实施方式
本申请实施例提供一种磁存储器，通过一行的至少两个磁隧道结的两个最外侧分别选择器，且选择器与磁隧道结间隔设置，并均与自旋轨道转矩层耦接，以实现自旋轨道转矩层内电流的双向流动，无需设置晶体管，减少自旋轨道转矩层、磁隧道结、选择器和隔离层所占空间，提高磁存储器的存储密度。同时，一行的至少两个磁隧道结共用两个选择器，可以减少选择器的数量，进一步提高磁存储器的存储密度。
为了使本申请实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本申请保护的范围。
参阅图1至图3，本申请实施例提供一种磁存储器，其具有至少一个行单元，示例性的，磁存储器包括多个行单元，多个行单元沿第四方向间隔排布，形成存储阵列。每个行单元包括自旋轨道转矩层20、至少两个磁隧道结30和选择器40。自旋轨道转矩层20在电流流经时可以产生自旋流，以产生力矩，改变磁隧道结30的阻态，磁隧道结30用于存储数据，选择器40用于选通其所在的行单元。
其中，自旋轨道转矩层20上设置有至少两个磁隧道结30，至少两个磁隧道结30在自旋轨道转矩层20上沿第三方向间隔排布，以使各磁隧道结30之间彼此隔离。磁隧道结30还与自旋轨道转矩层20相接触，以实现两者的耦接。至少两个磁隧道结30共享一个自旋轨道转矩层20，其形成NAND型器件结构，还可以提高磁存储器的存储密度。
自旋轨道转矩层20的结构可以具有多种，在一些可能的示例中，参阅图1，自旋轨道转矩层20沿第三方向延伸，第三方向与第四方向交叉，第三方向如图1所示的X方向。至少两个磁隧道结30设置在同一个自旋轨道转矩层20，这些磁隧道结30下方的自旋轨道转矩层20沿第三方向材质相同，自旋轨道转矩层20的材质包括可产生自旋轨道矩的材料。
在另一些可能的示例中，参阅图2，自旋轨道转矩层20包括相连接的第一分层21和第二分层22，第一分层21与磁隧道结30相对，第二分层22与磁隧道结30相错，第一分层21的材质包括可产生自旋轨道矩的材料，第二分层22的材质包括低阻材料或者铁磁材料。如图2所示，与磁隧道结30相对的第一分层21可以改变磁隧道结30的阻态，从而实现数据的写入。与磁隧道结30之间的区域相对的第二分层22采用低阻材料或者铁磁材料，可以降低自旋轨道转矩层20的整体电阻，从而降低写入功耗。此外，第二分层22采用铁磁材料还可以在提升磁隧道结30的自旋电子注入效率的同时，辅助具有垂直磁各向异性（PMA）的磁隧道结30的无场翻转。
在上述示例的基础上，第一分层21和第二分层22沿第三方向依次交替设置，每个第一分层21上对应设置有一个磁隧道结30，即相邻两个磁隧道结30之间均对应设置有一个第二分层22，从而增加第二分层22的数量，可以较大程度地降低自旋轨道转矩层20的整体电阻。其中，位于行单元两侧的选择器40对应设置在第二分层22上，沿第三方向，第二分层22的两侧可以分别与其上方的选择器40的两侧对齐。
在一些可能的实现方式中，可产生自旋轨道矩的材料包括重金属材料、拓扑绝缘体和二维材料中的至少一者。重金属材料包括铂（Pt）、钯（Pd）、铪（Hf）、金（Au）、钽（Ta）、钨（W）、铱（Ir）、金铂合金（AuPt）、铂铪合金（PtHf）、铂铬合金（PtCr）、铂锰合金（PtMn）、铱锰合金（IrMn）、铁锰合金（FeMn）、镍锰合金（NiMn）、氧化钨（WO2）、氮化钨（W2N）、氮氧化钨（WON）、氮化钽（TaN）、硼化钽（TaB）等。拓扑绝缘体包括BixSe1-x，BixSb1-x，（Bi,Sb）2Te3等，其中，拓扑绝缘体中的x独立地满足取值为0.1-0.9。二维材料包括MoS2、WTe2等。低阻材料的电阻小于100μΩ·cm，铁磁材料包括铁磁材料包括钴（Co）、铁（Fe）、硼（B）、镍（Ni）、钌（Ru）、铱（Ir）、铂（Pt）中的至少一者。
继续参阅图1和图2，磁隧道结30可以呈柱状，例如圆柱、椭圆柱或者矩形柱等。磁隧道结30包括依次层叠设置的第一磁层31、势垒层32和第二磁层33，第一磁层31设置在自旋轨道转矩层20上，以与自旋轨道转矩层20耦接，其作为自由层，第一磁层31的磁化方向可以根据自旋轨道转矩层20改变。势垒层32设置在第一磁层31远离自旋轨道转矩层20的一侧，将第一磁层31和第二磁层33隔开。第二磁层33设置在势垒层32远离第一磁层31的一侧，其作为固定层，磁化方向固定。
当第一磁层31和第二磁层33的磁化方向一致（即平行）时，磁隧道结30的隧道磁阻（Tunnel Magneto Resistance，简称TMR）为低，磁隧道结30处于低电阻态，以存储第一数据（例如，存储“1”）。当第一磁层31和第二磁层33的磁化方向不一致（即反平行）时，磁隧道结30的隧道磁阻为高，磁隧道结30处于高电阻态，以存储第二数据（例如，存储“0”）。
第一磁层31和第二磁层33的材质为铁磁材料，两者材质可以相同。铁磁材料可以参照上文，势垒层32的材质为绝缘材料，绝缘材料包括氧化镁（MgO）、氧化铝 （Al2O3）氧化硅（SiO2）中的至少一者。
在一些可能的示例中，磁隧道结30还可以包括插入层和/或钉扎层等。插入层设置在第一磁层31背离势垒层32的一侧，即插入层设置在第一磁层31和自旋轨道转矩层20之间。插入层用于调节第一磁层31和自旋轨道转矩层20之间的交换耦合，使这两层可以保持其特定的磁各向异性。
插入层的材质可以为非铁磁材料或者绝缘材料。非铁磁材料为金属材料，例如钨（W）、钌（Ru）、铂（Pt）、钼（Mo）、钛（Ti）、镁（Mg）等。绝缘材料包括金属氧化物，例如氧化镁（MgO）、氧化钴（Co2O3）、氧化铝（Al2O3）等。
钉扎层设置在第二磁层33背离势垒层32的一侧，用于在固定方向上钉扎第二磁层33的磁化方向，例如将第二磁层33的磁化方向钉扎其长轴方向。钉扎层可以为叠层，包括铁磁材料层和非铁磁材料层，铁磁材料层和非铁磁材料层交替堆叠设置。例如，钉扎层包括相对的两个铁磁材料层，以及设置在两个铁磁材料层之间的非铁磁材料层。
继续参阅图1和图2，至少两个磁隧道结30中位于最外侧的两个磁隧道结30彼此背离的一侧分别设置有选择器40，即每个行单元最外侧，控制该行单元中的至少两个磁隧道结30的数据存取。如图1和图2所示，至少两个磁隧道结30的左右两侧分别设置有一个选择器40。其中，选择器40与相邻近的磁隧道结30间隔设置，以避免选择器40磁隧道结30直接导通。选择器40还与自旋轨道转矩层20耦接，通过自旋轨道转矩层20连通磁隧道结30。
其中，行单元中的两个选择器40被配置为允许电流在自旋轨道转矩层20沿第一方向或者第二方向流动，第二方向与第一方向相反，以使电流可以沿相反的方向流经行单元中的各磁隧道结30，实现对磁隧道结30的阻态的改变。如此设置，一方面，通过两个选择器40可以改变自旋轨道转矩层20，无需设置晶体管，可以降低器件占用面积，从而提升器件密度，从而提高存储密度。另一方面，行单元中的至少两个磁隧道结30共用两个选择器40，可以降低选择器40的数量，进一步提高存储密度。第一方向可以与第三方向一致。
选择器40具有阈值开关特性，可以双向导通，既可以在正向电压下开启，也可以在负向电压下开启。当行单元中第一侧的选择器40在正向电压下开启，行单元中第二侧的选择器40在负向电压下开启时，电流从行单元的第一侧流向行单元的第二侧（例如从图1所示的左侧流向右侧），以第一方向流过自旋轨道转矩层20。当行单元中第一侧的选择器40在负向电压下开启，行单元中第二侧的选择器40在正向电压下开启，电流从行单元的第二侧流向行单元的第一侧，以第二方向流过自旋轨道转矩层20。电流在自旋轨道转矩层20内沿第一方向流动时和电流在自旋轨道转矩层20内沿第二方向流动时，自旋轨道转矩层20产生的自旋流使得磁隧道结30中的第一磁层31的磁化方向相反，实现数据的写入。
在一些可能的示例中，选择器40设置在自旋轨道转矩层20上，以增加选择器40与自旋轨道转矩层20的接触面积。相对应的选择器40与磁隧道结30设置在自旋轨道转矩层20的同一侧，例如，选择器40背离自旋轨道转矩层20的表面（图1所示的顶面）低于或者齐平于磁隧道结30背离自旋轨道转矩层20的表面（图1所示的顶面），以减少行单元的高度，从而减少行单元占用的空间。
在另一些可能的示例中，参阅图3，选择器40设置在自旋轨道转矩层20的两侧，且与自旋轨道转矩层20接触。一个选择器40位于自旋轨道转矩层20的一侧，另一个选择器40位于自旋轨道转矩层20的另一侧。如图4所示，位于左侧的选择器40设置在自旋轨道转矩层20的左侧，该选择器40的右端与自旋轨道转矩层20的左端接触，位于右侧的选择器40设置在自旋轨道转矩层20的右侧，且该选择器40的左端与自旋轨道转矩层20的右端接触。
选择器40的材质包括相变材料，氧化铌、铜锗硒铪的氧化物、砷碲锗硅的氮化物或者可在绝缘态和导电态之间转变的材料。其中，相变材料包括锗、锑、碲的硫化物或氧化物，可在绝缘态和导电态之间转变的材料包括氧化铌（NbO2）、 氧化钛（TiO2）、氧化钒（VO2）、氧化钨（WO2）等。
为了实现相邻磁隧道结30之间的彼此隔离，参阅图1至图3，行单元还包括填充层60和隔离层50，填充层60设置在相邻两个磁隧道结30之间，且与磁隧道结30间隔设置。填充层60与选择器40材质相同，使得填充层60与选择器40可以一同制作，减少制作过程。其中，填充层60背离自旋轨道转矩层20的表面与选择器40背离自旋轨道转矩层20的表面对齐，以便于填充层60与选择器40可以一同制作。通过在相邻的磁隧道结30之间，以及磁隧道结30的外侧形成同一器件，位于磁隧道结30最外侧的器件外接，形成选择器40，位于磁隧道结30之间的器件不外接，形成填充层60。
隔离层50填充在磁隧道结30与填充层60之间，以及磁隧道结30和选择器40之间，如图1至图3所示，磁隧道结30每侧设置有一个隔离层50。隔离层50至少覆盖磁隧道结30的侧壁，例如，隔离层50背离自旋轨道转矩层20的表面与磁隧道结30背离自旋轨道转矩层20的表面对齐。隔离层50的材质为绝缘材料，例如氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅等。
在自旋轨道转矩层20包括第一分层21和第二分层22的示例中，填充层60沿第三方向相对的两侧分别与对应的第二分层22沿第三方向相对的两侧对齐，选择器40沿第三方向相对的两侧分别与对应的第二分层22沿第三方向相对的两侧对齐。填充层60和选择器40分别与一个第二分层22正对，且填充层60与相对应的第二分层22沿第三方向边缘对齐，选择器40与相对应的第二分层22沿第三方向边缘对齐。磁隧道结30与其两侧的隔离层50与一个第一分层21正对，且隔离层50彼此背离的一端分别与相对应的第一分层21边缘对齐。
为了实现数据的存储，在一些可能的示例中，行单元还包括源极线91、第一字线92，以及至少两条第二字线93。源极线91与至少两个磁隧道结30一侧的选择器40耦接，例如源极线91与右侧的选择器40耦接。第一字线92与至少两个磁隧道结30另一侧的选择器40耦接，例如第一字线92与左侧的选择器40耦接。每个磁隧道结30与一条第二字线93对应耦接。第一字线92为写字线，第二字线93分别为相连接的磁隧道结30的读字线。利用源极线91、第一字线92和第二字线93，可以实现向特定的磁隧道结30写入数据，或者读取特定的磁隧道结30中的数据。
其中，源极线91和第一字线92中的一者被配置为施加写入电压，另一者被配置为接地，第二字线93被配置为浮空或者施加辅助写入电压，以使两个选择器40均导通，与施加辅助写入电压的第二字线93对应连接的磁隧道结30写入数据。写入电压大于两个选择器40的临界电压的两倍，使得两个选择器40均导通。源极线91施加写入电压时与第一字线92施加写入电压时，自旋轨道转矩层20内的电流流动的方向不同，从而对磁隧道结30的阻态进行切换，磁隧道结30中写入不同的数据。
示例性的，向第四个磁隧道结内写入数据时，源极线91施加写入电压，第一字线92接地，第四个磁隧道结耦接的第二字线93施加辅助写入电压，其余第二字线93浮空，第四个磁隧道结中写入数据“1”。第一字线92施加写入电压，源极线91接地，第四个磁隧道结耦接的第二字线93施加辅助写入电压，其余第二字线93浮空，第四个磁隧道结中写入数据“0”。
为了实现数据的读取，在一些可能的示例中，行单元还包括源极线91、第一字线92，以及至少两条第二字线93。源极线91与至少两个磁隧道结30一侧的选择器40耦接，例如源极线91与右侧的选择器40耦接。第一字线92与至少两个磁隧道结30另一侧的选择器40耦接，例如第一字线92与左侧的选择器40耦接。每个磁隧道结30与一条第二字线93对应耦接。第一字线92为写字线，第二字线93分别为相连接的磁隧道结30的读字线。利用源极线91、第一字线92和第二字线93，可以实现向特定的磁隧道结30写入数据，或者读取特定的磁隧道结30中的数据。
源极线91被配置为施加读取电压，第一字线92被配置为浮空，第二字线93被配置为接地或者浮空，以使一个选择器40导通，另一个选择器40截止，与接地的第二字线93对应连接的磁隧道结30读出数据。其中，与源极线91耦接的选择器40导通，与第一字线92耦接的选择器40截止，电流从源极线91流向接地的第二字线93，从而读出接地的第二字线93所连接的磁隧道结30内存储的数据。
示例性的，读取第四个磁隧道结内的数据时，源极线91施加读取电压，第一字线92浮空，第四个磁隧道结耦接的第二字线93接地压，其余第二字线93浮空。第四个磁隧道结高电阻态时，读出数据“0”，第四个磁隧道结低电阻态时，读出数据“1”。
继续参阅图1至图3，磁存储器还包括衬底10、设置在衬底10上的介质层70，以及设置在介质层70内的互连结构80。衬底10上设置有自旋轨道转矩层20，为其提供支撑。衬底10的材质包括硅、锗、碳化硅、锗化硅、绝缘体上锗（Germanium on Insulator，简称GOI）或者绝缘体上硅（Silicon on Insulator，简称SOI）等。
介质层70覆盖自旋轨道转矩层20、磁隧道结30和选择器40，以对其进行隔离和支撑。源极线91、第一字线92和第二字线93设置在介质层70内，且暴露在介质层70远离衬底10的表面。其中，源极线91、第一字线92和第二字线93可以在介质层70内同层设置，以便于源极线91、第一字线92和第二字线93同时制作。
源极线91、第一字线92、第二字线93与选择器40、磁隧道结30均间隔设置，为了实现源极线91与相对应的选择器40、第一字线92与相对应的选择器40，以及第二字线93与相对应的磁隧道结30之间的耦接，源极线91、第一字线92、第二字线93与选择器40、磁隧道结30之间设置有互连结构80。互连结构80分别连接源极线91和相对应的选择器40、第一字线92和相对应选择器40、第二字线93和相对应磁隧道结30，互连结构80可以为多个间隔设置的过孔或者插塞。
综上，本申请实施例中的磁存储器包括至少一个行单元，每个行单元包括自旋轨道转矩层20、至少两个磁隧道结30和选择器40。至少两个磁隧道结30沿第三方向间隔排布在自旋轨道转矩层20，最外侧的两个磁隧道结30彼此背离的一侧分别设置有选择器40，且磁隧道结30与选择器40之间设置，以将磁隧道结30与选择器40隔开。选择器40还与自旋轨道转矩层20耦接，且被配置为允许电流在自旋轨道转矩层20沿第一方向或者第二方向流动。通过两个选择器40可以改变自旋轨道转矩层20内电流的流动方向，无需设置晶体管，可以降低其所占用面积，从而提升磁存储器的存储密度。同时，行单元中的至少两个磁隧道结30共用两个选择器40，可以降低选择器40的数量，进一步提高磁存储器的存储密度。
本申请实施例还提供一种电子设备，其包括上述磁存储器，至少具有存储密度较大的优点，具体效果参照上文，在此不再赘述。在一些可能的示例中，电子设备还包括与磁存储器耦接的处理器。处理器可以是中央处理单元（Central Processing Unit，简称CPU），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC）等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本申请实施例还提供一种磁存储器的制备方法，参阅图4，该制备方法具体包括以下步骤：
步骤S100：形成叠置的自旋轨道转矩层和磁隧道结堆叠层。
参阅图5，磁隧道结堆叠层34沉积形成在自旋轨道转矩层20上，自旋轨道转矩层20沉积形成在衬底10上。衬底10可以为半导体衬底，其材质包括硅、锗、碳化硅、锗化硅、绝缘体上锗或者绝缘体上硅等。自旋轨道转矩层20沉积形成在衬底10上，自旋轨道转矩层20覆盖衬底10，其材质包括重金属材料、拓扑绝缘体或者二维材料，以较低的写入功耗实现数据写入。
在一些可能的示例中，磁隧道结堆叠层34可以包括依次层叠设置的第一磁层、势垒层和第二磁层。在另一些示例中，磁隧道结堆叠层34还可以包括间隔层、钉扎层、反铁磁层等，这些膜层与第一磁层、势垒层和第二磁层堆叠设置，形成层叠结构。
步骤S200：去除部分磁隧道结堆叠层，形成多个沿第三方向间隔设置的磁隧道结。
参阅图6和图7，利用刻蚀工艺或其他工艺去除部分磁隧道结堆叠层34，形成多个第三沟槽35，多个第三沟槽35沿第三方向间隔排布，各第三沟槽35暴露衬底10。剩余的磁隧道结堆叠层34形成多个磁隧道结30，多个磁隧道结30沿第三方向间隔排布。相邻两个磁隧道结30之间具有一个第三沟槽35，即第三沟槽35将相邻的两个磁隧道结30隔开。
具体的，在磁隧道结堆叠层34上形成第一掩膜层100，第一掩膜层100具有第一预设图案，第一预设图案为沿第三方向间隔排布的长条形。以第一掩膜层100为掩膜，刻蚀磁隧道结堆叠层34，去除暴露在第一预设图案外的磁隧道结堆叠层34，形成多个第三沟槽35。其中，第一掩膜层100的材质可以为光刻胶，第一掩膜层100涂覆磁隧道结堆叠层34上。第一预设图案可以通过可以曝光、显影形成。在刻蚀磁隧道结堆叠层34的过程中，第一掩膜层100至少去除部分，形成第三沟槽35后，磁隧道结堆叠层34上剩有第一掩膜层100时，去除剩余的第一掩膜层100，也可以在后续再去除第一掩膜层100。
步骤S300：在磁隧道结的侧壁上形成隔离层，各隔离层间隔设置。
参阅图7和图8，利用沉积工艺在磁隧道结30的侧壁上形成隔离层50，隔离层50覆盖相对应的侧壁。即第三沟槽35相对的两个侧壁上分别形成隔离层50，隔离层50未填满第三沟槽35。即每个第三沟槽35内具有两个隔离层50，且这两个隔离层50彼此间隔。
各隔离层50相间隔，例如，位于第三沟槽35内的两个隔离层50形成第二沟槽36，即第二沟槽36具有多个，多个第二沟槽36沿第三方向间隔排布，且相邻两个第二沟槽36之间具有一个磁隧道结30。隔离层50的材质包括氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。
在一些可能的实现方式中，隔离层50可以通过沉积并回刻形成。具体的，在第三沟槽35的侧壁和槽底，以及磁隧道结30上沉积隔离层50，并刻蚀去除第三沟槽35的槽底和磁隧道结30上的隔离层50，保留第三沟槽35的侧壁上的隔离层50。
步骤S400：在最外侧的两个隔离层彼此背离的侧壁上形成选择器。
参阅图9，利用沉积工艺在最外侧的两个隔离层50的外侧分别形成选择器40，即在位移两侧的第二沟槽36内形成选择器40，选择器40填满相对应的第二沟槽36，选择器40的材质包括相变材料，氧化铌、铜锗硒铪的氧化物、砷碲锗硅的氮化物或者可在绝缘态和导电态之间转变的材料。
综上，本申请实施例中的磁存储器的制作方法中，形成叠置的自旋轨道转矩层20，和磁隧道结堆叠层34；去除部分磁隧道结堆叠层34，形成多个间隔设置的磁隧道结30；在磁隧道结30的侧壁上形成隔离层50，各隔离层50彼此间隔设置；在最外侧的隔离层50彼此背离的侧壁上形成选择器40，无需设置晶体管，可以降低其所占用面积，从而提升磁存储器的存储密度。同时，沿第三方向排布的磁隧道结30共用两个选择器40，可以降低选择器40的数量，进一步提高磁存储器的存储密度。
在一些可能的示例中，参阅图10和图11，在磁隧道结30的侧壁上形成隔离层50（步骤S300）之后，在最外侧的两个隔离层50彼此背离的侧壁上形成选择器40（步骤S40）之前，还包括：刻蚀去除暴露的自旋轨道转矩层20，形成多个间隔设置的第一分层21。在相邻的第一分层21之间形成第二分层22，第二分层22与第一分层21相接，第一分层21和第二分层22形成新的自旋轨道转矩层20，第二分层22的材质包括低阻材料或者铁磁材料。
如图10所示，以磁隧道结30和隔离层50为掩膜，刻蚀去除暴露的自旋轨道转矩层20，剩余的自旋轨道转矩层20形成多个第一分层21，多个第一分层21沿第三方向间隔排布，且第二沟槽36延伸至衬底10。如图11所示，再在第二沟槽36的底部形成第二分层22，第二分层22填满第二沟槽36的底部，沿第三方向，第二分层22与相邻近的第一分层21相接，第二分层22填充在第一分层21之间，不会产生套偏，避免器件短路。即第一分层21和第二分层22沿第三方向依次交替设置，形成新的自旋轨道转矩层20。
其中，第二分层22背离衬底10的表面可以与第一分层21背离衬底10的表面齐平。第二分层22的材质包括低阻材料或者铁磁材料，可以降低自旋轨道转矩层20的整体电阻，从而降低写入功耗。第一分层21的材质包括可产生自旋轨道矩的材料，以改变磁隧道结30的阻态，从而实现数据的写入。
在上述示例的基础上，在一些可能的实现方式中，参阅图12，在最外侧的两个隔离层50彼此背离的侧壁上形成选择器40的同时，还在其余相邻的两个隔离层50之间形成填充层60，填充层60与选择器40材质相同。
示例性的，如图12所示，在各第二沟槽36内沉积预设材料，预设材料填满各第二沟槽36，位于两侧的第二沟槽36内的预设材料形成选择器40，其外接。位于其他第二沟槽36内的预设材料形成填充层60，填充层60不外接。各填充层60和选择器40间隔设置，避免连接。例如，各填充层60背离衬底10的表面低于或者齐平于磁隧道结30背离衬底10的表面。选择器40背离衬底10的表面低于或者齐平于磁隧道结30背离衬底10的表面。
在一些可能的示例中，参阅图7和图13，在最外侧的两个隔离层50彼此背离的侧壁上形成选择器40（步骤S400）之后，还包括：
步骤S500：去除部分自旋轨道转矩层20、磁隧道结30和选择器40，形成多个沿第四方向间隔设置的第一沟槽，第一沟槽自旋轨道转矩层20、磁隧道结30和选择器40，第四方向与第三方向交叉。
利用刻蚀工艺或其他工艺去除部分自旋轨道转矩层20、磁隧道结30和选择器40，形成多个第一沟槽，多个第一沟槽沿第四方向间隔排布，各第一沟槽暴露衬底10。沿第四方向自旋轨道转矩层20、磁隧道结30和选择器40形成间隔的多行，以使磁存储器形成阵列结构，提高其存储密度。
具体的，在磁隧道结30和选择器40上形成第二掩膜层，第二掩膜层具有第二预设图案，第二预设图案为沿第四方向间隔排布的长条形。以第二掩膜层为掩膜，刻蚀磁隧道结30、选择器40和自旋轨道转矩层20，去除暴露在第一预设图案外的蚀磁隧道结30、选择器40和自旋轨道转矩层20，形成多个第一沟槽。其中，第二掩膜层的材质可以为光刻胶，第二掩膜层涂覆形成。第二预设图案可以通过可以曝光、显影形成。在刻蚀磁隧道结30、选择器40和自旋轨道转矩层20的过程中，第二掩膜层至少去除部分，形成第一沟槽后，磁隧道结30和选择器40剩有第二掩膜层时，去除剩余的第二掩膜层。
可以理解的是，在相邻的磁隧道结30之间形成有隔离层50的示例中，第二掩膜层位于磁隧道结30、隔离层50和选择器40上。相应的，以第二掩膜层为掩膜时，刻蚀磁隧道结30、隔离层50和选择器40。
步骤S600：至少在第一沟槽内形成介质层70。
在第一沟槽内，以及在磁隧道结30、选择器40和隔离层50上形成介质层70，介质层70填满第一沟槽，且覆盖磁隧道结30、选择器40和隔离层50。介质层70内形成有互连结构80、源极线91、第一字线92和多个第二字线93，互连结构80分别连接源极线91和相对的一个选择器40，第一字线92和相对另一个选择器40，以及第二字线93和相对的磁隧道结30。
在一些可能的实现方式中，在第一沟槽内，以及在磁隧道结30、选择器40和隔离层50上形成第一介质分层，第一介质分层填满第一沟槽，且覆盖磁隧道结30、选择器40和隔离层50。再刻蚀第一介质分层，形成多个彼此独立的第一孔洞，多个第一孔洞内分别暴露两个选择器40和各磁隧道结30。在第一孔洞内形成互连结构80，互连结构80填平各第一孔洞，并在互连结构80和第一介质分层上沉积第二介质分层，第二介质分层覆盖互连结构80。刻蚀第二介质分层，形成多个彼此独立的第二孔洞，多个第二孔洞分别包括各互连结构80。在第二孔洞内分别形成源极线91、第一字线92和第二字线93，源极线91、第一字线92和第二字线93填平相对应的第二孔洞。
在另一些可能的实现方式中，在第一沟槽内，以及在磁隧道结30、选择器40和隔离层50上形成介质层70，介质层70填满第一沟槽，且覆盖磁隧道结30、选择器40和隔离层50。再刻蚀介质层70，形成多个彼此独立的第一孔洞，并刻蚀各第一孔洞的底壁形成相连通的第二孔洞，各第二孔洞分别暴露两个选择器40和各磁隧道结30。在各第二孔洞内形成互连结构80，并在各第一孔洞内对应形成源极线91、第一字线92和第二字线93，源极线91、第一字线92和第二字线93填平相对应的第一孔洞。
本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (14)
1.一种磁存储器，其特征在于，所述磁存储器具有至少一个行单元，每个所述行单元包括：自旋轨道转矩层、至少两个磁隧道结和选择器；
所述至少两个磁隧道结设置在所述自旋轨道转矩层上且沿第一方向间隔排布，所述至少两个磁隧道结中位于最外侧的两个所述磁隧道结彼此背离的一侧分别设置有所述选择器，所述选择器与所述自旋轨道转矩层耦接，被配置为允许电流在所述自旋轨道转矩层沿第一方向或者第二方向流动，所述第二方向与所述第一方向相反；
所述选择器与所述磁隧道结设置在所述自旋轨道转矩层的同一侧，或者所述选择器与所述自旋轨道转矩层侧面接触。
2.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于，所述行单元还包括源极线、第一字线，以及至少两条第二字线，所述源极线与所述至少两个磁隧道结一侧的所述选择器耦接，所述第一字线与所述至少两个磁隧道结另一侧的所述选择器耦接，每个所述磁隧道结与一条所述第二字线对应耦接；
所述源极线和所述第一字线中的一者被配置为施加写入电压，另一者被配置为接地，所述第二字线被配置为浮空或者施加辅助写入电压，以使所述两个选择器均导通，与施加所述辅助写入电压的所述第二字线对应连接的所述磁隧道结写入数据。
3.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于，所述行单元还包括源极线、第一字线，以及至少两条第二字线，所述源极线与所述至少两个磁隧道结一侧的所述选择器耦接，所述第一字线与所述至少两个磁隧道结另一侧的所述选择器耦接，每个所述磁隧道结与一条所述第二字线对应耦接；
所述源极线被配置为施加读取电压，所述第一字线被配置为浮空，所述第二字线被配置为接地或者浮空，以使一个所述选择器导通，另一个所述选择器截止，与接地的所述第二字线对应连接的所述磁隧道结读出数据。
4.根据权利要求2或3所述的磁存储器，其特征在于，所述磁存储器还包括衬底、设置在所述衬底上的介质层，以及设置在所述介质层内的互连结构；
所述自旋轨道转矩层设置在所述衬底上，所述互连结构分别连接所述第一字线和相对应所述选择器、所述第二字线和相对应所述磁隧道结，以及所述源极线和相对应的所述选择器。
5.根据权利要求1-3任一项所述的磁存储器，其特征在于，所述自旋轨道转矩层包括相连接的第一分层和第二分层，所述第一分层与所述磁隧道结相对，所述第二分层与所述磁隧道结相错，所述第一分层的材质包括可产生自旋轨道矩的材料，所述第二分层的材质包括低阻材料或者铁磁材料。
6.根据权利要求5所述的磁存储器，其特征在于，所述第一分层和所述第二分层沿第三方向依次交替设置，每个所述第一分层上对应设置有一个所述磁隧道结。
7.根据权利要求6所述的磁存储器，其特征在于，所述行单元还包括填充层和隔离层，所述填充层设置在相邻两个所述磁隧道结之间，且与所述磁隧道结间隔设置，所述隔离层填充在所述磁隧道结与所述填充层之间，以及所述磁隧道结和所述选择器之间，所述填充层与所述选择器材质相同。
8.根据权利要求7所述的磁存储器，其特征在于，所述填充层沿所述第三方向相对的两侧分别与对应的所述第二分层沿所述第三方向相对的两侧对齐，所述选择器沿所述第三方向相对的两侧分别与对应的所述第二分层沿所述第三方向相对的两侧对齐；
和/或，所述选择器背离所述自旋轨道转矩层的表面与所述填充层背离所述自旋轨道转矩层的表面对齐。
9.根据权利要求5所述的磁存储器，其特征在于，所述可产生自旋轨道矩的材料包括重金属材料、拓扑绝缘体和二维材料；
和/或，所述选择器的材质包括相变材料、氧化铌、铜锗硒铪的氧化物、砷碲锗硅的氮化物或者可在绝缘态和导电态之间转变的材料。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的磁存储器。
11.一种磁存储器的制备方法，其特征在于，包括：
形成叠置的自旋轨道转矩层和磁隧道结堆叠层；
去除部分所述磁隧道结堆叠层，形成多个沿第三方向间隔设置的磁隧道结；
在所述磁隧道结的两个侧壁上形成隔离层，各所述隔离层间隔设置；
在最外侧的两个所述隔离层彼此背离的侧壁上形成选择器，所述选择器与所述磁隧道结设置在所述自旋轨道转矩层的同一侧，或者所述选择器与所述自旋轨道转矩层侧面接触。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述磁隧道结的两个侧壁上形成隔离层之后，在最外侧的两个所述隔离层彼此背离的侧壁上形成选择器之前，还包括：
刻蚀去除暴露的所述自旋轨道转矩层，形成多个间隔设置的第一分层；
在相邻的所述第一分层之间形成第二分层，所述第二分层与所述第一分层相接，所述第一分层和所述第二分层形成新的所述自旋轨道转矩层，所述第二分层的材质包括低阻材料或者铁磁材料。
13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在最外侧的两个所述隔离层彼此背离的侧壁上形成选择器的同时，还在其余相邻的两个所述隔离层之间的空隙内形成填充层，所述填充层与所述选择器材质相同。
14.根据权利要求11-13任一项所述的制备方法，其特征在于，在最外侧的两个所述隔离层彼此背离的侧壁上形成选择器之后，还包括：
去除部分所述自旋轨道转矩层、所述磁隧道结和所述选择器，形成多个沿第四方向间隔设置的第一沟槽，所述第一沟槽贯穿所述自旋轨道转矩层、所述磁隧道结和所述选择器，所述第四方向与所述第三方向交叉；
至少在所述第一沟槽内形成介质层。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111223506A (zh) * | 2018-11-27 | 2020-06-02 | 中电海康集团有限公司 | 基于自旋轨道矩的mram存储单元及存储阵列 |
| CN112863566A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-05-28 | 北京航空航天大学 | 一种存储阵列、存储器、制备方法及写入方法 |
| CN113129955A (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-16 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 磁存储器器件和磁存储器及其制造方法 |
| WO2021223207A1 (zh) * | 2020-05-08 | 2021-11-11 | 北京航空航天大学 | 自旋轨道矩磁性器件、磁性隧道结器件及磁存储器 |
| CN116052740A (zh) * | 2021-10-28 | 2023-05-02 | 三星电子株式会社 | 磁阻随机存取存储器设备 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019075171A1 (en) * | 2017-10-13 | 2019-04-18 | Everspin Technologies, Inc. | PERPENDICULAR MAGNETIC MEMORY USING A SPIN-ORBIT TORQUE |
-
2024
- 2024-01-02 CN CN202410001101.4A patent/CN117500281B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111223506A (zh) * | 2018-11-27 | 2020-06-02 | 中电海康集团有限公司 | 基于自旋轨道矩的mram存储单元及存储阵列 |
| CN113129955A (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-16 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 磁存储器器件和磁存储器及其制造方法 |
| WO2021223207A1 (zh) * | 2020-05-08 | 2021-11-11 | 北京航空航天大学 | 自旋轨道矩磁性器件、磁性隧道结器件及磁存储器 |
| CN112863566A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-05-28 | 北京航空航天大学 | 一种存储阵列、存储器、制备方法及写入方法 |
| CN116052740A (zh) * | 2021-10-28 | 2023-05-02 | 三星电子株式会社 | 磁阻随机存取存储器设备 |
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