多比特磁性存储单元的制作方法及存储单元

本发明涉及半导体，尤其涉及一种多比特磁性存储单元的制作方法及存储单元。

背景技术：

1、随着半导体工艺尺寸的不断缩小，摩尔定律放缓，漏电流的增加和互联延迟成为传统cmos存储器的瓶颈。寻找新一代存储技术的解决方案成为集成电路研究的重点，其中磁性随机存储单元器受到广泛关注。相对比传统器件，磁性随机存储器(magnetic randomaccess memory，mram)具有无限擦写次数、非易失性、读写速度快和抗辐照等优点，有望成为通用存储器，是构建下一代非易失存储器以及存内计算的理想器件。为了进一步增加自旋轨道矩器件的存储密度，研究人员提出了nand-spin的准两端结构，该结构通过在同一自旋轨道矩层上制造两个及以上磁隧道结(mtj)，实现多比特数据存储。而由于磁隧道结共用与自旋轨道矩层连接的晶体管，整体结构所需晶体管数量减少，该设计有效地提高了存储密度。

2、针对这一结构，研究人员提出相应的数据写入方案。其中一种写入方案为使用自旋轨道矩(spin orbit torque,sot)电流将所有磁隧道结擦除至第一状态，再使用自旋转移矩(spin transfer torque,stt)电流将部分磁隧道结写入第二状态，nand-spin的读取裕度和功耗限制了其性能的提升。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种多比特磁性存储单元的制作方法，使读取裕度增加并降低功耗。本发明的另一个目的在于提供一种多比特磁性存储单元。

2、为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种多比特磁性存储单元的制作方法，包括：

3、形成自旋轨道矩层；

4、在所述自旋轨道矩层上形成至少一个磁隧道结和至少一个磁性体，所述磁隧道结用于存储数据，所述磁性体用于为所述磁隧道结提供漏磁场使得磁隧道结的不对称性增强。

5、优选的，进一步包括：

6、在所述至少一个磁隧道结和所述至少一个磁性体上形成保护介质层。

7、优选的，所述方法进一步包括：

8、击穿所述磁性体。

9、优选的，所述磁性体包括自上而下依次设置的第一铁磁层、第二铁磁层、绝缘层和第三铁磁层，所述第三铁磁层形成在所述自旋轨道矩层上；

10、所述方法进一步包括：

11、刻蚀掉所述磁性体的第一铁磁层、第二铁磁层、绝缘层和第三铁磁层中的至少一层形成第一中空区域；

12、在所述第一中空区域沉积磁性材料或者保护介质。

13、优选的，所述方法进一步包括：

14、刻蚀掉所述磁性体形成第二中空区域；

15、在所述第二中空区域沉积磁性材料。

16、优选的，所述磁隧道结和所述磁性体的数量为多个；

17、其中，一个或多个所述磁隧道结和一个或多个所述磁性体沿所述自旋轨道矩层输入的自旋轨道矩电流的方向相隔设置。

18、优选的，

19、一个或两个所述磁隧道结和一个或两个所述磁性体沿所述自旋轨道矩层输入的自旋轨道矩电流的方向间隔设置。

20、优选的，进一步包括：

21、在所述磁隧道结的顶部设置第一电极；

22、在至少一个所述磁性体的顶部设置第二电极。

23、优选的，进一步包括：

24、将带有第二电极的所述磁性体的第二电极与数据写入模块连接，所述数据写入模块用于根据待写入数据确定对应的磁隧道结的写入电流路径，通过所述写入电流路径上第二电极或自旋轨道矩层的电流输入端写入自旋轨道矩电流以将所述待写入数据写入对应的磁隧道结。

25、本申请还公开了一种多比特磁性存储单元，通过如上所述的制作方法制作得到。

26、本发明多比特磁性存储单元的制作方法形成自旋轨道矩层；在所述自旋轨道矩层上形成至少一个磁隧道结和至少一个磁性体，所述磁隧道结用于存储数据，所述磁性体用于为所述磁隧道结提供漏磁场。本发明通过增加可提供漏磁场的磁隧道结，使得用于存储数据的磁隧道结受到磁性体的影响，以增强存储单元的写入不对称性，增加读取裕度并降低stt写入功耗，实现nand-spin的高可靠性和低功耗性能优化。

技术特征：

1.一种多比特磁性存储单元的制作方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多比特磁性存储单元的制作方法，其特征在于，进一步包括：

3.根据权利要求1所述的多比特磁性存储单元的制作方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

4.根据权利要求1或3所述的多比特磁性存储单元的制作方法，其特征在于，所述磁性体包括自上而下依次设置的第一铁磁层、第二铁磁层、绝缘层和第三铁磁层，所述第三铁磁层形成在所述自旋轨道矩层上；

5.根据权利要求1或3所述的多比特磁性存储单元的制作方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

6.根据权利要求1所述的多比特磁性存储单元的制作方法，其特征在于，所述磁隧道结和所述磁性体的数量为多个；

7.根据权利要求6所述的多比特磁性存储单元的制作方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的多比特磁性存储单元的制作方法，其特征在于，进一步包括：

9.根据权利要求1所述的多比特磁性存储单元的制作方法，其特征在于，进一步包括：

10.一种多比特磁性存储单元，其特征在于，通过如权利要求1-9任一项所述的制作方法制作得到。

技术总结
本发明提供了一种多比特磁性存储单元的制作方法、单元及存储器，所述方法包括：形成自旋轨道矩层；在所述自旋轨道矩层上形成至少一个磁隧道结和至少一个磁性体，所述磁隧道结用于存储数据，所述磁性体用于为所述磁隧道结提供漏磁场，使得磁隧道结的不对称性增强，本发明可使读取裕度增加并降低功耗。

技术研发人员：王昭昊,王旻,史可文,赵巍胜
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12