[发明专利]隧道磁电阻效应存储装置及其制备方法、存储器

说明书

技术领域

本发明涉及数据存储领域，特别涉及隧道磁电阻效应存储装置及其制备方 法、存储器。

背景技术

目前，市场上存在各种类型的存储器，比较常见的有闪存与硬盘存储。闪 存读取速度快，容量小，但是成本价格较高。硬盘存储成本较低且容量大，但 读写速度较慢。

为了克服上述存储器的问题，出现了一种利用磁畴壁移动的新型存储装置。 该新型存储装置中包括纳米级磁性材料轨道，磁性材料轨道包括多个磁畴壁。 磁畴壁在电流脉冲作用下沿轨道移动，读电路和写电路均设于轨道底部，从而 实现存储装置的读写功能。

这种新型存储装置的读电路和写电路是分开独立的，每个磁性材料轨道都 对应一套读电路和写电路，因而，外围电路的面积较大，生产成本较高和工艺 难度较大。

发明内容

为了克服上述问题，本发明实施例提供了一种隧道磁电阻效应存储装置。 所述技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种隧道磁电阻效应存储装置，所述隧道磁电阻 效应存储装置包括依次层叠的第一磁头单元、磁化方向可变的轨道自由层和第 二磁头单元；所述第一磁头单元包括依次层叠的第一电极层、磁化方向固定的 第一固定层和第一绝缘层；所述第二磁头单元包括第二电极层；所述轨道自由 层设于所述第一绝缘层和所述第二电极层之间，且所述轨道自由层呈U型，所 述轨道自由层包括多个依次排列的磁畴和位于相邻的两个所述磁畴之间的磁畴 壁；所述第一磁头单元收容于所述轨道自由层的U型腔内，或所述第二磁头单 元收容于所述轨道自由层的U型腔内；所述第一电极层和所述第二电极层分别 对应连接于外界电压的两端。

在第一种可能的实现方式中，所述第一固定层的磁化方向垂直于所述第一 电极层的厚度延伸方向，或所述第一固定层的磁化方向平行于所述第一电极层 的厚度延伸方向。

在第二种可能的实现方式中，所述隧道磁电阻效应存储装置还包括第一电 极线层和第二电极线层；所述第一电极层经所述第一电极线层与所述外界电压 连接，所述第二电极层经所述第二电极线层与所述外界电压连接。

在第三种可能的实现方式中，所述隧道磁电阻效应存储装置还包括介质阻 挡层，所述介质阻挡层设于所述第一电极层、所述第一固定层和所述第一绝缘 层的外周侧面；所述第一电极层、所述第一固定层和所述第一绝缘层通过所述 介质阻挡层与所述层间电介质层隔绝。

结合第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述隧道磁电 阻效应存储装置还包括介质阻挡层，所述介质阻挡层设于所述第一电极层、所 述第一固定层和所述第一绝缘层的外周侧面；所述第一电极层、所述第一固定 层和所述第一绝缘层通过所述介质阻挡层与所述层间电介质层隔绝。

结合第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述第一电极 层为金属钛或金属钽，所述第一固定层为铁、钴、镍的一种或多种的磁性材质； 所述第一绝缘层为氧化镁的绝缘材质；所述轨道自由层为铁、钴、镍的一种或 多种磁性材料；所述第二电极层的材质为金属钛或金属钽；所述层间电介质层 为氧化硅或氮化硅的绝缘材质；所述介质阻挡层为碳化硅或氮化硅的绝缘材质。

在第六种可能的实现方式中，所述第二磁头单元还包括第二固定层和第二 绝缘层；在所述隧道磁电阻效应存储装置中，所述第一电极层、所述第一固定 层、所述第一绝缘层、所述轨道自由层、所述第二绝缘层、所述第二固定层和 所述第二电极层依次层叠。

第二方面，本发明提供了制备方法，用于制备隧道磁电阻效应存储装置， 所述制备方法包括：

提供一第一层间电介质层，在所述第一层间电介质层上刻蚀通孔，并在所 述通孔内沉积金属材料以制备第一电极线层；

平坦化所述第一电极线层和所述第一层间电介质层，并在所述第一电极线 层和所述第一层间电介质层的表面制备第一磁头单元；

刻蚀所述第一磁头单元的边缘，以露出部分所述第一层间电介质层；

在露出的所述第一层间电介质层上沉积制备介质阻挡层，且所述介质阻挡 层包覆于所述第一磁头单元的外周侧面；

在所述介质阻挡层表面沉积制备第二层间电介质层，并平坦化所述第二层 间电介质层，露出所述第一磁头单元的表面；