[发明专利]一种存储阵列、存储器、制备方法及写入方法

说明书

本发明提供一种存储阵列、存储器、制备方法及写入方法，一些实施方式涉及包括磁阻式随机存取存储器存储阵列及其制造方法，所述存储阵列包括：多个阵列排布的存储单元和导体层；每个存储单元包括：写入晶体管，其第一端与顶电极接线耦接；MTJ磁隧道结，其靠近参考层的一端与所述写入晶体管的第二端耦接；所述导体层的一侧表面与所有所述MTJ磁隧道结靠近自由层的一端端面耦接,本发明同时将STT和SOT效应应用于磁隧道结翻转，相对于STT‑MRAM，该磁存储器提高了写入速度和器件可靠性，相对于SOT‑MRAM的模型，本发明的磁存储器降低了电路静态功耗，减少了晶体管的数量，提高了器件存储密度。

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体的，涉及一种存储阵列、存储器、制备方法及写入方法。

背景技术

磁性随机存储器(magnetic random access memory，MRAM)由于具有非易失性、抗辐照、低功耗等优点，引起了学术与工业领域极大的关注。磁性隧道结(magnetic tunneljunction，MTJ)是磁性随机存储器MRAM的基本存储单元。MTJ的核心部分由两层磁性金属层和一个夹在两层磁性金属层之间的势垒层组成。其中一个磁性金属层叫做参考层，它的磁化固定不变。另一个磁性金属层叫做自由层，它的磁化有两个稳定的取向。MTJ可呈现两种状态，即两层磁性层磁化方向互相平行(parallel，P)或者互相反平行(antiparallel，AP)，使得MTJ出现低阻态或高阻态，这种效应被称为隧穿磁阻效应(tunnelmagnetoresistance，TMR)。MRAM存储的基本原理就是利用隧穿磁阻效应，即高低阻态分别表示数据“0”和“1”。

一种类型的MRAM为自旋转移矩磁性随机存储器(spin transfer torquemagnetoresistive RAM，STT-MRAM)。STT-MRAM的写入操作利用自旋转移矩效应翻转自由磁性层的磁化方向；读取操作通过磁性隧道结的隧穿磁阻效应进行。目前的STT-MRAM写入电流方向在写“0”和写“1”时相反。STT-MRAM写入中，MTJ由平行翻转到反平行，与反平行翻转到平行时的电流大小不一致，即STT翻转的效率不对称。另一方面，对于一晶体管MTJ的单元，因两种写入电流方向同时存在，在某种电流方向时，会出现源级退化现象。这两方面将共同导致STT-MRAM性能下降。此外STT-MRAM还受STT效应固有的翻转时间延迟限制，大大影响了STT-MRAM的写入速度。

另一种类型的MRAM为自旋轨道矩磁性随机存储器(spin orbit torquemagnetoresistive RAM，SOT-MRAM)。SOT-MRAM的基本单元结构为MTJ、重金属层或铁磁层及两个访问晶体管。MTJ自下到上为自由层/势垒层/参考层/钉扎层，MTJ的自由层下方为重金属或反铁磁层，流经重金属或反铁磁层的电流能引发力矩以翻转MTJ的自由层磁化方向，实现磁写入。在这种技术下，SOT效应写入解决了写入速度的问题，但由于现有SOT-MRAM基本单元结构包括两个访问晶体管，即写入的晶体管和读取的晶体管，且写入晶体管与读取晶体管宽度相同，难以提高集成密度。同时，晶体管的源级退化问题依然存在。

发明内容

本发明提供一种存储阵列、存储器、制备方法及写入方法，一些实施方式涉及包括磁阻式随机存取存储器存储阵列及其制造方法，所述存储阵列包括：多个阵列排布的存储单元和导体层；每个存储单元包括：写入晶体管，其第一端与顶电极接线耦接；MTJ磁隧道结，其靠近参考层的一端与所述写入晶体管的第二端耦接；所述导体层的一侧表面与所有所述MTJ磁隧道结靠近自由层的一端端面耦接；其中，所述导体层的两端分别耦接高电平接线和低电平接线，本发明同时将STT和SOT效应应用于磁隧道结翻转，相对于STT-MRAM，该磁存储器提高了写入速度和器件可靠性，相对于SOT-MRAM的模型，该磁存储器降低了电路静态功耗，减少了晶体管的数量，提高了器件存储密度。

本发明第一方面实施方式提供一种磁阻式随机存取器的存储阵列，包括：多个阵列排布的存储单元和导体层；每个存储单元包括：

写入晶体管，其第一端与顶电极接线耦接；