隧道磁电阻效应存储装置及其制备方法、存储器的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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】
[0005]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:
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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:
[0014]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；
[0015]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；
[0016]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；
[0017]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；
[0018]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；
[0019]在所述第一磁头单元、所述介质阻挡层及所述第二层间电介质层构成的表面上，沉积磁性材料并刻蚀制备U型的轨道自由层的底部；
[0020]在所述第二层间电介质层和所述轨道自由层的底部上，沉积制备第三层间电介质层，并平坦化，露出U型的所述轨道自由层的底部；
[0021]在露出U型的所述轨道自由层的底部，和所述第三层间电介质层表面上，沉积并刻蚀制备第二磁头单元，露出所述第三层间电介质层和部分所述轨道自由层的底部；
[0022]在所述第二磁头单元和所述第三层间电介质层上，沉积制备第四层间电介质层，在所述第四层间电介质表面，沿厚度延伸方向刻蚀依次形成第一沉孔、第二沉孔和第三沉孔，所述第二沉孔介于所述第一沉孔和所述第三沉孔之间，所述第一沉孔和所述第三沉孔与所述轨道自由层的底部相连通，所述第三沉孔与所述第二磁头单元相连通；
[0023]在所述第一沉孔和所述第三沉孔内沉积磁性材料，制备U型的所述轨道自由层的直线轨道延伸端；
[0024]在所述第二沉孔内沉积金属材料以制备第二电极线层，从而制备得到所述隧道磁电阻效应存储装置。
[0025]在第一种可能的实现方式中，所述第一磁头单元包括依次层叠的第一电极层、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；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、所述轨道自由层的底部和所述第二电极层依次层叠。
[0026]在第二种可能的实现方式中，所述第一磁头单元包括依次层叠的所述第一电极层、所述第一固定层和所述第一绝缘层；所述第二磁头单元包括第二固定层、第二绝缘层和所述第二电极层；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、所述轨道自由层的底部、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。
[0027]在第三种可能的实现方式中，所述第一层间电介质层、所述第二层间电介质层、所述第三层间电介质层、所述第四层间电介质层的材质相同。
[0028]第三方面，本发明提供了一种存储器，所述存储器包括由多个隧道磁电阻效应存储装置构成的存储阵列以及控制所述隧道磁电阻效应存储装置进行读写操作的控制电路，所述隧道磁电阻效应存储装置为上述的隧道磁电阻效应存储装置。
[0029]本发明提供了隧道磁电阻效应存储装置兼具有闪存高性能、硬盘低成本高容量的特性。