[发明专利]一种自旋轨道矩磁存储器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自旋轨道矩磁存储器及其制备方法，涉及隧穿磁电阻领域，该自旋轨道矩磁存储器包括：底电极层和设置于所述底电极层之上的磁隧道结，其中，所述底电极层包括衬底和顺次覆盖于所述衬底之上的底部重金属层，顶部重金属层。可见，本发明示意的自旋轨道矩存储器，通过将原重金属层的单层结构变更为多层结构，使衬底之上的重金属层结构厚度增加，增大了刻蚀制程中对刻蚀精度和刻蚀时间的调节范围，降低了因刻蚀精度异常引发的制程不良的风险。且由于多层金属层结构在实际应用中也具有更大的自旋霍尔角，从而更利于降低电流翻转密度，利于器件的集成。

技术领域

本发明实施例涉及电子领域，特别是一种磁性随机存储器的制备方法。

背景技术

随着新兴存储器研发工艺的不断发展成熟，自旋轨道矩磁存储器(SOT-MRAM，SpinOrbit Torque-Magnetic Access Memory)得到越发广泛的应用。SOT-MRAM具有非易失性，高速低功耗数据写入能力以及高器件耐久性等优点，正逐步成为继自旋转移矩随机存储器(STT-MRAM，Spin Transfer Torque-Magnetic Random Access Memory)后新一代随机存储器，并成为了有望突破后摩尔时代集成电路功耗瓶颈的关键技术。

但实际在制备SOT-MRAM过程中主要存在两类问题：1)对于互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)衬底其表面粗糙度工艺处理难度大且复杂，使CMOS衬底粗糙度难以达到需求标准，至使影响器件性能；2)核心结构磁隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)整体的重金属层尺寸微小，厚度约3～5nm左右，在制备过程中的对刻蚀制程的精度要求高，即刻蚀精度和刻蚀时间的可调节范围较小，易发生因刻蚀精度异常导致的过刻现象造成器件良率损失。

发明内容

本发明实施例提供一种自旋轨道矩磁存储器及其制备方法，可以改善CMOS表面粗糙度并降低制备过程刻蚀异常风险。

为了解决上述问题，本发明的第一方面提出了一种自旋轨道矩磁存储器包括：底电极层和设置于所述底电极层之上的磁隧道结3，

其中，所述底电极层包括衬底和顺次覆盖于所述衬底之上的底部重金属层1、顶部重金属层2。

在一些实施例中，所述自旋轨道矩磁存储器，所述磁隧道结3设置于所述顶部重金属层2之上，所述磁隧道结3包括自由层，非磁性势垒层、固定层和覆盖层，其中，所述自由层设置于所述顶部重金属层2之上，所述非磁性势垒层设置于所述自由层之上、所述固定层自由层非磁性势垒层，所述覆盖层设置于所述磁隧道结顶层。

在一些实施例中，所述磁性隧道结3结构包括：所述磁隧道结3还包括：钉扎层和反铁磁层，所述钉扎层位于固定层之上，所述反铁磁层位于钉扎层之上，以及覆盖层之下，其中，所述固定层、所述钉扎层和所述反铁磁层作为人工反铁磁耦合层4。

在一些实施例中，所述底部重金属层1由可产生自旋霍尔角的金属得到，所述可产生自旋霍尔角金属包括：W(钨)，Ta(钽)，Pt(铂)。

在一些实施例中，所述底部重金属层1最终状态体现为可产生自旋霍尔角金属的氮化物，可产生自旋霍尔角金属的氮化物包括：WN(氮化钨)。

在一些实施例中，所述顶部重金属层2材质类别选取包括：重金属单质，重金属氧化物，重金属氮化物，合金，反铁磁磁性材料，晶体薄膜，多晶薄膜，非晶薄膜，外尔半金属，二维电子气以及非磁性金属单质，所述重金属单质及非磁性金属单质至少包括：Ta、W、Pt、Pd(钯)、Hf(铪)、Au(金)、Mo(钼)以及Ti(钛)；

所述顶部重金属层2材质还可以选用可产生自选霍尔角金属的氧化物或氮化物，可产生自选霍尔角金属的氧化物或氮化物包括：WO(氧化钨)，WN(氮化钨)以及混合层结构WO/WN；