具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

图1示出了本发明实施例提供的一种SOT-MRAM存储单元的立体视图。如图1所示，该SOT-MRAM存储单元包括磁性隧道结101、自旋轨道耦合层102以及环绕于磁性隧道结101四周侧壁的铁磁层103。具体地，磁性隧道结101包括最基本的三明治结构，即包括从下至上依次层叠的自由层、势垒层和参考层(图中为示出)，其中自由层具有方向可变的垂直磁化，参考层具有方向固定的垂直磁化。磁性隧道结101一般为圆柱形。自旋轨道耦合层102位于磁性隧道结101下方，与磁性隧道结101的自由层接触，自旋轨道耦合层102用于利用自旋霍尔效应产生自旋轨道矩，以使自由层磁化翻转。铁磁层103位于自旋轨道矩耦合层102上方且环绕于磁性隧道结101四周侧壁，铁磁层103的高度小于磁性隧道结101的高度，从磁性隧道结101的底部开始向上延伸。铁磁层103具有面内水平磁化，磁化方向平行于自旋轨道矩耦合层102中在写数据时通过的写电流方向，以对磁性隧道结101产生一个水平磁场。

可选地，参考图1，作为一种实施方式，该SOT-MRAM存储单元还可以包括反铁磁层104，反铁磁层104环绕于铁磁层103四周侧壁，高度一般与铁磁层103是相同的。反铁磁层104用于钉扎铁磁层103的磁化方向。

进一步地，环绕于反铁磁层104四周侧壁还可以设置保护层105，用于防止反铁磁层104发生氧化。

在上述实施例中，磁性隧道结101的自由层和参考层使用铁磁材料，如Fe，FeCo，FeCoB。势垒层较常用的是MgO。自旋轨道矩耦合层102的材料为重金属、掺杂重金属、重金属合金或者拓扑绝缘体。铁磁层103的材料为Fe、FeCo和FeN中的一种。反铁磁层104的材料为IrMn或者PtMn。保护层105的材料为Ta或者Ru。

另外说明的是，考虑到器件的制备工艺，会存在绝缘介质层(图中未示出)环绕于磁性隧道结101四周侧壁和顶部，位于磁性隧道结101和铁磁层103之间并覆盖于自旋轨道耦合层102表面。

本发明提供的SOT-MRAM存储单元，在磁性隧道结四周设置有环状铁磁层，该铁磁层的磁化方向固定地平行于自旋轨道耦合层中流过的写电流方向，从而环状铁磁层对磁性隧道结产生了一个平行于写电流方向的水平磁场，写电流的正负方向可以实现对自由层的磁矩进行上下地定向翻转。

对于上述实施例提供的SOT-MRAM存储单元，本发明实施例还提供一种SOT-MRAM存储单元的制备方法，图2～图5示出了制备过程中各步骤的结构剖面图。

如图2所示，提供基底201，在基底201上沉积形成自旋轨道耦合层202。可利用利用PVD等薄膜生长工艺生长Ta、Pt等，得到自旋轨道耦合层。接着在在自旋轨道矩耦合层202上生长磁性隧道结各层薄膜，利用光刻和刻蚀把磁性隧道结各层薄膜加工成磁性隧道结203，磁性隧道结203一般为圆柱形，磁性隧道结203至少包括从下至上依次层叠的自由层、势垒层和参考层，自由层具有方向可变的垂直磁化，参考层具有方向固定的垂直磁化。

如图3所示，在自旋轨道矩耦合层202暴露的表面以及磁性隧道结203表面共形地形成绝缘介质层204，该绝缘介质层204可以是SiN，用于保护磁性隧道结203。

接着，参考图4，在绝缘介质层204上依次沉积形成高磁化强度的铁磁层205、反铁磁层206和保护层207，其中铁磁层205可以是Fe、FeCo和FeN中的一种，反铁磁层206的材料可以是IrMn或者PtMn，保护层207的材料可以是Ta或者Ru等。

然后，如图5所示，利用各向异性刻蚀工艺对保护层207、反铁磁层206和铁磁层205进行刻蚀，直至在绝缘介质层204的四周侧壁形成从内向外依次包括铁磁层2051/反铁磁层2061/保护层2071的环状层叠结构。从图5可以看出，层叠结构的高度要小于磁性隧道结203的高度。铁磁层2051/反铁磁层2061/保护层2071表面可以保持平齐。具体地，各向异性刻蚀工艺使用Ar作为刻蚀气体。

最后，在真空条件下进行磁场退火，使得环状铁磁层2051的磁化方向为水平方向且平行于自旋轨道矩耦合层中在写数据时通过的写电流方向。在磁场退火下，铁磁层被反铁磁层钉扎到一个水平方向，该铁磁层可以对磁性隧道结施加一个水平磁场，从而导致自旋轨道耦合层中正负电流写入时产生的自旋轨道矩可以定向翻转自由层磁矩。

另外，为便于理解，图6示出了从图5虚线位置向下俯视，可以得到的俯视图。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。