[发明专利]磁存储器及其退火方法

说明书

本发明提供一种磁存储器及其退火方法，涉及磁存储器技术领域。本发明通过在退火过程中，对磁隧道结单元进行单点操作，改变单个或多个磁隧道结单元的固定层的磁化方向，实现单点或多点精确退火，同时，改变磁化方向后的固定层的磁化方向，在磁场复杂环境下，固定层的磁化方向稳定，不易发生改变，提高了磁存储器的可靠性及有效性。

技术领域

本发明涉及磁存储器技术领域，具体涉及一种磁存储器及其退火方法。

背景技术

磁性随机存储器（MRAM）是一种基于自旋电子学的新型信息存储器件，其核心结构是磁性隧道结（Magnetic Tunnel Junction，MTJ）。MTJ呈现“三明治”结构，两层磁性固定层（钉扎层）和自由层之间夹着一层隧穿层。固定层的磁化方向是不变的，而自由层的磁化方向可以被改变。当固定层和自由层磁化方向一致时，称为“平行状态”，MTJ的隧道磁阻(Tunnel Magnetoresistance，TMR)为低；当磁化方向不一致时，称为“反平行状态”，TMR为高。MTJ因为其非易失、低功耗和可与CMOS兼容等特性得到半导体行业内的广泛关注。

MRAM芯片组件通常在半导体晶圆厂的后端工艺生产，其中关于MRAM的工艺步骤主要包括底部电极形成、MTJ堆栈沉积、磁高温退火、MTJ柱图案化和顶部电极的形成。其中，MTJ在高温下在磁场中退火，确定了磁化方向并改善材料和界面的质量，为了进行工艺控制需要对MTJ的电和磁特性进行监控，磁退火是制造MRAM芯片的关键步骤。

在传统的磁退火技术中，采用的是温度升高到临界点，退火磁层通过个统一的磁场，磁随机存储器中所有的磁隧道结单元的固定层的磁化方向都固定到一个方向，进行统一退火，无法实现精准退火。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种磁存储器及其退火方法，解决了现有的磁存储器无法实现精准退火的技术问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提供一种磁存储器，包括：多个磁存储单元，所述磁存储单元中包括至少一个磁隧道结单元；所述磁隧道结单元包括自由层、势垒层和固定层；

其中，所述磁隧道结单元被配置为：在整个磁存储器退火过程中，当对磁隧道结单元进行单点操作时，磁隧道结单元的固定层的磁化方向能发生翻转。

优选的，所述单点操作包括：对单个磁隧道结单元施加场操作，在外磁场的辅助下，改变单个磁隧道结单元的固定层的磁化方向。

优选的，所述场操作包括声场、光场、热场、电场、磁场中的至少一种。

优选的，通过电场对单个磁隧道结单元施加场操作的方式包括：通入电流穿过单个磁隧道结单元的势垒层和势垒层周围电极，使得单个磁隧道结单元升温。

优选的，所述磁存储器通过改变指定的单个或多个磁隧道结单元的固定层的磁化方向，写入预置数据。

优选的，所述磁隧道结单元之间设置有隔热材料。

第二方面，本发明提供一种磁存储器的退火方法，所述磁存储器包括多个磁存储单元，所述磁存储单元中包括至少一个磁隧道结单元；所述磁隧道结单元包括自由层、势垒层和固定层，所述退火方法包括：

在退火过程中，对单个或多个磁隧道结单元进行单点操作，使磁隧道结单元的固定层的磁化方向发生翻转，与其他磁隧道结单元的固定层的磁化方向相反。

优选的，所述单点操作包括：对单个磁隧道结单元进行施加场操作，在外磁场的辅助下，改变单个磁隧道结单元的固定层的磁化方向。

优选的，所述场操作包括声场、光场、热场、电场、磁场中的至少一种；