隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置及其制備方法、存儲(chǔ)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域，特別涉及隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置及其制備方法、存儲(chǔ)器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，市場(chǎng)上存在各種類型的存儲(chǔ)器，比較常見的有閃存與硬盤存儲(chǔ)。閃存讀取速度快，容量小，但是成本價(jià)格較高。硬盤存儲(chǔ)成本較低且容量大，但讀寫速度較慢。
[0003]為了克服上述存儲(chǔ)器的問題，出現(xiàn)了一種利用磁疇壁移動(dòng)的新型存儲(chǔ)裝置。該新型存儲(chǔ)裝置中包括納米級(jí)磁性材料軌道，磁性材料軌道包括多個(gè)磁疇壁。磁疇壁在電流脈沖作用下沿軌道移動(dòng)，讀電路和寫電路均設(shè)于軌道底部，從而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)裝置的讀寫功能。
[0004]這種新型存儲(chǔ)裝置的讀電路和寫電路是分開獨(dú)立的，每個(gè)磁性材料軌道都對(duì)應(yīng)一套讀電路和寫電路，因而，外圍電路的面積較大，生產(chǎn)成本較高和工藝難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置。所述技術(shù)方案如下:
[0006]第一方面，本發(fā)明提供了一種隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，所述隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置包括依次層疊的第一磁頭單元、磁化方向可變的軌道自由層和第二磁頭單元；所述第一磁頭單元包括依次層疊的第一電極層、磁化方向固定的第一固定層和第一絕緣層；所述第二磁頭單元包括第二電極層；所述軌道自由層設(shè)于所述第一絕緣層和所述第二電極層之間，且所述軌道自由層呈U型，所述軌道自由層包括多個(gè)依次排列的磁疇和位于相鄰的兩個(gè)所述磁疇之間的磁疇壁；所述第一磁頭單元收容于所述軌道自由層的U型腔內(nèi)，或所述第二磁頭單元收容于所述軌道自由層的U型腔內(nèi)；所述第一電極層和所述第二電極層分別對(duì)應(yīng)連接于外界電壓的兩端。
[0007]在第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一固定層的磁化方向垂直于所述第一電極層的厚度延伸方向，或所述第一固定層的磁化方向平行于所述第一電極層的厚度延伸方向。
[0008]在第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置還包括第一電極線層和第二電極線層；所述第一電極層經(jīng)所述第一電極線層與所述外界電壓連接，所述第二電極層經(jīng)所述第二電極線層與所述外界電壓連接。
[0009]在第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置還包括介質(zhì)阻擋層，所述介質(zhì)阻擋層設(shè)于所述第一電極層、所述第一固定層和所述第一絕緣層的外周側(cè)面；所述第一電極層、所述第一固定層和所述第一絕緣層通過所述介質(zhì)阻擋層與所述層間電介質(zhì)層隔絕。
[0010]結(jié)合第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置還包括介質(zhì)阻擋層，所述介質(zhì)阻擋層設(shè)于所述第一電極層、所述第一固定層和所述第一絕緣層的外周側(cè)面；所述第一電極層、所述第一固定層和所述第一絕緣層通過所述介質(zhì)阻擋層與所述層間電介質(zhì)層隔絕。
[0011]結(jié)合第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一電極層為金屬鈦或金屬鉭，所述第一固定層為鐵、鈷、鎳的一種或多種的磁性材質(zhì)；所述第一絕緣層為氧化鎂的絕緣材質(zhì)；所述軌道自由層為鐵、鈷、鎳的一種或多種磁性材料；所述第二電極層的材質(zhì)為金屬鈦或金屬鉭；所述層間電介質(zhì)層為氧化硅或氮化硅的絕緣材質(zhì)；所述介質(zhì)阻擋層為碳化硅或氮化硅的絕緣材質(zhì)。
[0012]在第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第二磁頭單元還包括第二固定層和第二絕緣層；在所述隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置中，所述第一電極層、所述第一固定層、所述第一絕緣層、所述軌道自由層、所述第二絕緣層、所述第二固定層和所述第二電極層依次層疊。
[0013]第二方面，本發(fā)明提供了制備方法，用于制備隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，所述制備方法包括:
[0014]提供一第一層間電介質(zhì)層，在所述第一層間電介質(zhì)層上刻蝕通孔，并在所述通孔內(nèi)沉積金屬材料以制備第一電極線層；
[0015]平坦化所述第一電極線層和所述第一層間電介質(zhì)層，并在所述第一電極線層和所述第一層間電介質(zhì)層的表面制備第一磁頭單元；
[0016]刻蝕所述第一磁頭單元的邊緣，以露出部分所述第一層間電介質(zhì)層；
[0017]在露出的所述第一層間電介質(zhì)層上沉積制備介質(zhì)阻擋層，且所述介質(zhì)阻擋層包覆于所述第一磁頭單元的外周側(cè)面；
[0018]在所述介質(zhì)阻擋層表面沉積制備第二層間電介質(zhì)層，并平坦化所述第二層間電介質(zhì)層，露出所述第一磁頭單元的表面；
[0019]在所述第一磁頭單元、所述介質(zhì)阻擋層及所述第二層間電介質(zhì)層構(gòu)成的表面上，沉積磁性材料并刻蝕制備U型的軌道自由層的底部；
[0020]在所述第二層間電介質(zhì)層和所述軌道自由層的底部上，沉積制備第三層間電介質(zhì)層，并平坦化，露出U型的所述軌道自由層的底部；
[0021]在露出U型的所述軌道自由層的底部，和所述第三層間電介質(zhì)層表面上，沉積并刻蝕制備第二磁頭單元，露出所述第三層間電介質(zhì)層和部分所述軌道自由層的底部；
[0022]在所述第二磁頭單元和所述第三層間電介質(zhì)層上，沉積制備第四層間電介質(zhì)層，在所述第四層間電介質(zhì)表面，沿厚度延伸方向刻蝕依次形成第一沉孔、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間，所述第一沉孔和所述第三沉孔與所述軌道自由層的底部相連通，所述第三沉孔與所述第二磁頭單元相連通；
[0023]在所述第一沉孔和所述第三沉孔內(nèi)沉積磁性材料，制備U型的所述軌道自由層的直線軌道延伸端；
[0024]在所述第二沉孔內(nèi)沉積金屬材料以制備第二電極線層，從而制備得到所述隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置。
[0025]在第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一磁頭單元包括依次層疊的第一電極層、第一固定層和第一絕緣層；所述第二磁頭單元包括第二電極層；在所述隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置中，所述第一電極層、所述第一固定層、所述第一絕緣層、所述軌道自由層的底部和所述第二電極層依次層疊。
[0026]在第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一磁頭單元包括依次層疊的所述第一電極層、所述第一固定層和所述第一絕緣層；所述第二磁頭單元包括第二固定層、第二絕緣層和所述第二電極層；在所述隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置中，所述第一電極層、所述第一固定層、所述第一絕緣層、所述軌道自由層的底部、所述第二絕緣層、所述第二固定層和所述第二電極層依次層疊。
[0027]在第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一層間電介質(zhì)層、所述第二層間電介質(zhì)層、所述第三層間電介質(zhì)層、所述第四層間電介質(zhì)層的材質(zhì)相同。
[0028]第三方面，本發(fā)明提供了一種存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器包括由多個(gè)隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置構(gòu)成的存儲(chǔ)陣列以及控制所述隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置進(jìn)行讀寫操作的控制電路，所述隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置為上述的隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置。
[0029]本發(fā)明提供了隧道磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置兼具有閃存高性能、硬盤低成本高容量的特性。