【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體器件，尤其涉及一種sot-mram結構、全電控寫入器件及制備方法。
技術介紹
1、磁性隨機存儲器(mram)是一種新型非易失存儲器，由兩個鐵磁層的磁化方向來存儲信息。近幾年，使用面內電流驅動的自旋軌道矩效應(spin?orbit?torque，sot)成為了下一代mram寫入方式的關鍵技術。sot-mram器件的主體結構由四層結構的磁性隧道結(magnetic?tunnel?junction，mtj)構成，分別為：自由層(free?layer)、參考層(referencelayer)、隧穿層(tunneling?oxide)和底電極層。
2、sot是通過施加非磁性/磁性雙層的面內電流而產生，具有垂直磁各向異性(pma)的mram提供良好的熱穩定性和可縮放性。但具有pma的mram通常需要額外的磁場來實現確定性的sot磁場翻轉，因此，會帶來巨大的能耗。
3、現有技術通過在隧道結外部設置磁性層來解決能耗高的問題，但由于隧道結外部的磁性層與隧道結內部的自由層相距較遠，因此，一方面，能耗仍然很高，大于100皮焦；另一方面，為了提供足夠強的磁場，需要很厚的磁性層(厚度通常幾十納米)，導致器件的體積大，因此不能高密度集成。
技術實現思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術旨在提供一種sot-mram結構、全電控寫入器件及制備方法，用以解決現有具有pma的mram需要外部磁場來實現確定性的sot磁場翻轉，導致能耗高，并且不能高密度集成的問題。
3、第一方面，本專利技術提拱了一種sot-mram結構，包括磁性隧道結，所述磁性隧道結的內部設有用于為磁性隧道結提供水平磁場的磁性層，所述磁性隧道結包括自下而上依次設置的底電極層、自由層、隧穿層、參考層、中間層、第一釘扎層、保護層、磁性層和硬掩膜層。
4、進一步地，還包括第二釘扎層，所述第二釘扎層用于將磁性層釘扎到固定方向；所述第二釘扎層設于磁性層和硬掩膜層之間。
5、進一步地，還包括第二釘扎層，所述第二釘扎層用于將磁性層釘扎到固定方向；所述第二釘扎層設于磁性層和保護層之間。
6、進一步地，第二釘扎層的厚度為7-15nm。
7、進一步地，第二釘扎層的材料為ptmn或irmn。
8、進一步地，磁性層的材料為feco合金。
9、進一步地，隧穿層的材料為mgo，厚度為0.5-3nm。
10、第二方面，本專利技術提拱了一種sot-mram全電控寫入器件，包括上述的sot-mram結構。
11、進一步地，sot-mram全電控寫入器件的能耗小于10皮焦/比特。
12、第三方面，本專利技術還提拱了一種上述的sot-mram結構中磁性隧道結的制備方法，包括以下步驟：
13、步驟1：在si片或電路片上依次沉積底電極層、自由層、隧穿層、參考層、中間層、第一釘扎層、保護層、磁性層、第二釘扎層和硬掩膜層，得到隧道結；
14、步驟2：將步驟1得到的隧道結在水平磁場下退火；
15、步驟3：加工隧道結；
16、步驟4：對加工后的隧道結沉積介質進行保護；
17、步驟5：加工出頂電極和底電極；
18、步驟6：進行金屬互連，得到sot-mram結構。
19、與現有技術相比，本專利技術至少可實現如下有益效果之一：
20、(1)本專利技術在隧道結內部生長磁性層，磁性層的磁矩m是水平方向，并被釘扎層釘扎到固定方向。磁性層的漏磁場對隧道結提供水平磁場h，不需要額外的磁場來實現確定性的sot磁場翻轉，因此，有利于降低器件能耗。
21、(2)由于本專利技術的磁性層設于隧道結內部，距離隧道結內的自由層很近，一方面，可以進一步降低器件能耗(能耗小于10皮焦/比特)；另一方面，在磁性層的厚度很薄的情況下就能提供很強的磁場，有利于降低磁性層的厚度。具體而言，本專利技術磁性層的厚度僅為幾納米或者十幾納米。由于磁性層的厚度很薄，因此，可以減小隧道結的體積，進而減小器件的體積，便于器件的高密度集成。
22、(3)本專利技術通過將底電極層采用由w、t和w3ta三種材料結合在一起的[w/ta]多層膜結構，獲得的底電極具有更高的自旋霍爾轉化率，更低的電阻率，可進一步降低能耗。并且，界面處成分為w3ta的[w/ta]多層膜結構的底電極，在400℃的高溫退火中仍然性能穩定，并具有非常好的垂直磁各向異性(ku～107erg/cc)。
23、(4)本專利技術與cmos工藝兼容，無需開發新的工藝，有利于降低生產成本。
24、本專利技術中，上述各技術方案之間還可以相互組合，以實現更多的優選組合方案。本專利技術的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術而了解。
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1.一種SOT-MRAM結構，其特征在于，包括磁性隧道結，所述磁性隧道結的內部設有用于為磁性隧道結提供水平磁場的磁性層，所述磁性隧道結包括自下而上依次設置的底電極層、自由層、隧穿層、參考層、中間層、第一釘扎層、保護層、磁性層和硬掩膜層。
2.根據權利要求1所述的SOT-MRAM結構，其特征在于，還包括第二釘扎層，所述第二釘扎層用于將磁性層釘扎到固定方向；
3.根據權利要求1所述的SOT-MRAM結構，其特征在于，還包括第二釘扎層，所述第二釘扎層用于將磁性層釘扎到固定方向；
4.根據權利要求2所述的SOT-MRAM結構，其特征在于，第二釘扎層的厚度為7-15nm。
5.根據權利要求4所述的SOT-MRAM結構，其特征在于，第二釘扎層的材料為PtMn或IrMn。
6.根據權利要求1所述的SOT-MRAM結構，其特征在于，磁性層的材料為FeCo合金。
7.根據權利要求1所述的SOT-MRAM結構，其特征在于，隧穿層的材料為MgO，厚度為0.5-3nm。
8.一種SOT-MRAM全電控寫入器件，其特征在于
9.根據權利要求8所述的全電控寫入器件，其特征在于，其能耗小于10皮焦/比特。
10.一種權利要求1-7任一項所述的SOT-MRAM結構中磁性隧道結的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種sot-mram結構，其特征在于，包括磁性隧道結，所述磁性隧道結的內部設有用于為磁性隧道結提供水平磁場的磁性層，所述磁性隧道結包括自下而上依次設置的底電極層、自由層、隧穿層、參考層、中間層、第一釘扎層、保護層、磁性層和硬掩膜層。
2.根據權利要求1所述的sot-mram結構，其特征在于，還包括第二釘扎層，所述第二釘扎層用于將磁性層釘扎到固定方向；
3.根據權利要求1所述的sot-mram結構，其特征在于，還包括第二釘扎層，所述第二釘扎層用于將磁性層釘扎到固定方向；
4.根據權利要求2所述的sot-mram結構，其特征在于，第二釘扎層的厚度為7-15nm。
5.根據權利...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊美音，于沛玥，李彥如，崔巖，羅軍，
申請(專利權)人：中國科學院微電子研究所，
類型：發明
國別省市：
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