[发明专利]基于底电极平行向电压控制的SOT-MRAM及制造方法

说明书

本发明涉及一种基于底电极平行向电压控制的SOT‑MRAM及制造方法，属于半导体器件及其制造技术领域，解决了现有技术中SOT‑MRAM难以实现便于集成和产业化的磁矩定向翻转的问题。包括铁电薄膜层，设置有两个金属电极，通过两个金属电极向铁电薄膜层施加第一电压；底电极，位于铁电薄膜层之上并设置于铁电薄膜层中部，呈长条形，在底电极两端施加第二电压；隧道结，位于底电极之上并设置于底电极中部，包括由下至上依次层叠的自由层、隧穿层和参考层；其中，两个金属电极相对设置在铁电薄膜层相对的两个边缘上，并位于所在边缘中线的一侧，且两个边缘位于底电极短边方向的两侧，通过所述两个金属电极施加第一电压的方向与底电极长边方向平行。

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造技术领域，尤其涉及一种基于底电极平行向电压控制的SOT-MRAM及制造、写入方法。

背景技术

随着大数据时代的来临，更小、更快、更节能依然是现在数据存储设备的发展需求，在半导体存储器领域中，使用电子自旋实现数据存储的磁性随机存储器(MagneticRandom Access Memories，MRAM)由于具有高速、低电压、高密度、非易失性等优点成为研究热点。其中，自旋轨道矩磁阻式随机存储器(Spin-Orbit Torque MagnetoresistiveRandom Access Memory，SOT-MRAM)具有读写分离、写入速度快等优点，被认为是下一代磁随机存储器，并且由于写入电流不通过隧道结，具有极高的耐久度，适合应用于存算一体器件中。

在SOT-MRAM中，利用自旋轨道耦合产生自旋流，进而诱导磁体磁矩翻转，但是磁矩在电流作用下翻转方向是随机的，这不利于进行有效的数据存取，需要一个外加磁场，打破对称性实现磁矩的定向翻转，但是外加磁场不利于器件的集成。

因此，目前的SOT-MRAM难以实现便于集成和产业化的磁矩定向翻转。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于底电极平行向电压控制的SOT-MRAM及制造、写入方法，用以解决现有的SOT-MRAM难以实现便于集成和产业化的磁矩定向翻转的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种基于底电极平行向电压控制的SOT-MRAM，包括：

铁电薄膜层，设置有两个金属电极，通过所述两个金属电极向铁电薄膜层施加第一电压；

底电极，位于所述铁电薄膜层之上并设置于所述铁电薄膜层中部，呈长条形，在所述底电极两端施加第二电压；

隧道结，位于所述底电极之上并设置于所述底电极中部，包括由下至上依次层叠的自由层、隧穿层和参考层；

其中，所述两个金属电极相对设置在所述铁电薄膜层相对的两个边缘上，并位于所在边缘中线的一侧，且所述两个边缘位于所述底电极短边方向的两侧，通过所述两个金属电极施加第一电压的方向与所述底电极长边方向平行；通过第一电压与第二电压的正负，控制磁化的定向翻转。

进一步地，所述铁电薄膜层的材料为HfZrO或PZT，厚度为3～10nm。

进一步地，所述金属电极材料为Al、Cu或者W，厚度为100～400nm。

进一步地，所述第一电压和第二电压的范围为-2～2V。

进一步地，所述隧道结包括由下至上依次层叠的自由层、隧穿层和参考层，其中，所述自由层与底电极连接。

进一步地，所述隧道结为圆形、椭圆形或矩形。

另一方面，本发明实施例提供了一种基于底电极平行向电压控制的SOT-MRAM的制造方法，其特征在于，包括：

在电路片上生长铁电薄膜形成铁电薄膜层；

在所述铁电薄膜层上生长底电极，所述底电极呈长条形；