磁性隧道结及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种磁性隧道结及其制造方法。所述磁性隧道结包括依次层叠的第一晶种层、第二晶种层、磁固定层、势垒层、磁自由层和覆盖层，其中，所述第一晶种层包含钴、铁的一种或其组合与硼形成的非镍合金，所述第二晶种层包含镍铬合金。本发明专利技术利用包含镍铬合金的第二晶种层提高各磁性层的垂直磁各向异性。

【技术实现步骤摘要】
磁性隧道结及其制造方法
本专利技术涉及磁性存储器
，尤其涉及一种磁性隧道结及其制造方法。
技术介绍
近年来人们利用磁性隧道结(MTJ，MagneticTunnelJunction)的特性做成磁性随机存储器，即为MRAM(MagneticRandomAccessMemory)。MRAM是一种新型固态非易失性记忆体，它有着高速读写的特性。铁磁性MTJ通常为三明治结构，其中有自由层，它可以改变磁化方向以记录不同的数据；位于中间的绝缘的势垒层；参考层，位于势垒层的另一侧，它的磁化方向是不变的。当自由层与参考层之间的磁化强度矢量方向平行或反平行时，MTJ元件的电阻态也相应分别为低阻态或高阻态。这样测量MTJ元件的电阻态即可得到存储的信息。垂直型磁性隧道结(pMTJ，PerpendicularMagneticTunnelJunction)即磁矩垂直于衬底表面的磁性隧道结，根据参考层和自由层的相对位置，垂直型磁性隧道结有分为顶部型(参考层在上)和底部型(参考层在下)pMTJ。在pMTJ结构中，由于两个磁性层的垂直磁各向异性(PerpendicularMagneticAnisotropy，PMA)比较强(不考虑形状各向异性)，使得其易磁化方向都垂直于层表面。在同样的条件下，pMTJ元件尺寸可以做得比面内型MTJ元件更小，易磁化方向的磁极化误差可以做的很小，并且MTJ元件尺寸的减小使所需的切换电流也可相应减小。因此，利用PMA的垂直型磁性隧道结pMTJ具有高的热稳定性和低的切换电流，在实际应用中，如何提高pMTJ中各磁性层的PMA以及为pMTJ提供平整的基底，成为一个亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种磁性隧道结及其制造方法，能够提高各磁性层的垂直磁各向异性。第一方面，本专利技术提供一种磁性隧道结，包括依次层叠的第一晶种层、第二晶种层、磁固定层、势垒层、磁自由层和覆盖层，其中，所述第一晶种层包含钴、铁的一种或其组合与硼形成的非镍合金，用于为所述第二晶种层提供平整且晶格匹配的基底；所述第二晶种层位于所述第一晶种层的顶部表面，且包含镍铬合金；所述磁固定层与所述第二晶种层相邻，所述磁固定层的磁化方向不变且垂直于所述磁固定层薄膜表面；所述磁自由层的磁化方向可变且垂直于所述磁自由层薄膜表面；所述势垒层位于所述磁固定层与所述磁自由层之间；所述覆盖层位于所述磁自由层顶部表面，用于保护所述磁自由层。可选地，所述第一晶种层的材料包含CoB、FeB和CoFeB中的一种或几种。可选地，所述第二晶种层的材料包含NiCr和NiFeCr中的一种或几种。可选地，所述第一晶种层的厚度介于1-5纳米。可选地，所述第二晶种层的厚度介于1-10纳米。可选地，所述磁固定层包括合成反铁磁钉扎层、磁间隔层和磁参考层，其中，所述合成反铁磁钉扎层采用的结构为[Co/X]n/Co/Y/Co/[X/Co]m，其中X为Ni、Pd或Pt中的一种，X的厚度介于0.2-1.0纳米，Y为Ru或Ir中的一种，Y的厚度介于0.4-0.9纳米，n与m为超晶格层数，n为3-8层，m为0-6层；所述磁参考层包括各种组合的CoFeB，所述磁参考层退火前为非晶结构，退火以后转变为体心立方晶格结构；所述磁间隔层采用Ta、W、Mo、Hf、V、Zr及其合金中的一种。可选地，所述势垒层采用MgO、MgZnO或MgAlO，所述势垒层的厚度介于0.5-2纳米。可选地，所述磁自由层采用CoFeB、CoFeB/Fe或CoFeB/β/CoFeB，其中β为Ta、Mo、W、Hf、Zr或Fe中的一种，所述磁自由层的厚度介于0.5-5纳米；所述磁自由层退火后由非晶结构转变为体心立方晶格结构。可选地，所述覆盖层采用Mg、Al中至少一种的氧化物，所述覆盖层的厚度介于0.2-2纳米。第二方面，本专利技术提供一种磁性隧道结的制造方法，包括以下步骤：在衬底上沉积第一晶种层；在所述第一晶种层上沉积第二晶种层；在所述第二晶种层上形成合成反铁磁钉扎层；在所述合成反铁磁钉扎层上形成磁间隔层；在所述磁间隔层上形成磁参考层；在所述磁参考层上形成势垒层；在所述势垒层上形成磁自由层；在所述磁自由层上形成覆盖层，至此形成磁性隧道结多层膜；在所述磁性隧道结多层膜形成后进行退火，退火温度为300-450℃，退火时间为0.2-2小时。本专利技术提供的磁性隧道结及其制造方法，利用两层晶种层，在钴铁硼晶种层上沉积一层NiCr晶种层，NiCr扩散进入磁固定层，使磁固定层磁矩方向更垂直、更稳定；稳定的磁固定层能使磁自由层翻转的也更加稳定，R-Hloop均一性更好。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的磁性隧道结的结构示意图；图2为本专利技术一实施例提供的磁性隧道结的制造方法的工艺流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本实施例提供一种磁性隧道结，如图1所示，该磁性隧道结包括：依次层叠的第一晶种层10、第二晶种层20、磁固定层30、势垒层40、磁自由层50和覆盖层60。第一晶种层10采用包含钴、铁的一种或其组合与硼形成的非镍合金，例如CoB、FeB、CoFeB等，厚度范围为1-5纳米，第一晶种层10为第二晶种层20提供平整且晶格匹配的基底。第二晶种层20采用包含镍铬合金的材料，例如NiCr、NiFeCr等，厚度范围为1-10纳米。磁固定层30的磁化方向不变且垂直于磁固定层薄膜表面，依次包括：第一超晶格多层膜301，结构为[Co/X]n，其中Co的厚度一般为0.3-0.6纳米，X为Ni、Pd或Pt，厚度一般为0.2-1.0纳米，n一般选为3-8；第一Co层302，厚度一般为0.4-0.6纳米；AP耦合层303，一般采用Ru或者Ir，厚度一般为0.4-0.9纳米；第二Co层304，厚度一般为0.4-0.6纳米；第二超晶格多层膜305，结构为[X/Co]m，其中Co的厚度一般为0.3-0.6纳米，X为Ni、Pd或Pt，厚度一般为0.2-1.0纳米，m一般选为0-6；磁间隔层306，采用Ta、W、Mo、Hf、V、Zr及其合金中的一种，厚度一般为0.2-0.5纳米；磁参考层307，包括各种组合的CoFeB，厚度一般为0.5-1.5纳米。磁参考层307退火前为非晶结构，退火以后转变为体心立方(BCC)晶格结构。其中，第一超晶格多层膜301、第一Co层302、AP耦合层303、第二Co层304、第二超晶格多层膜305一起构成合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性隧道结，其特征在于，包括依次层叠的第一晶种层、第二晶种层、磁固定层、势垒层、磁自由层和覆盖层，其中，/n所述第一晶种层包含钴、铁的一种或其组合与硼形成的非镍合金，用于为所述第二晶种层提供平整且晶格匹配的基底；/n所述第二晶种层位于所述第一晶种层的顶部表面，且包含镍铬合金；/n所述磁固定层与所述第二晶种层相邻，所述磁固定层的磁化方向不变且垂直于所述磁固定层薄膜表面；/n所述磁自由层的磁化方向可变且垂直于所述磁自由层薄膜表面；/n所述势垒层位于所述磁固定层与所述磁自由层之间；/n所述覆盖层位于所述磁自由层顶部表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁性隧道结，其特征在于，包括依次层叠的第一晶种层、第二晶种层、磁固定层、势垒层、磁自由层和覆盖层，其中，
所述第一晶种层包含钴、铁的一种或其组合与硼形成的非镍合金，用于为所述第二晶种层提供平整且晶格匹配的基底；
所述第二晶种层位于所述第一晶种层的顶部表面，且包含镍铬合金；
所述磁固定层与所述第二晶种层相邻，所述磁固定层的磁化方向不变且垂直于所述磁固定层薄膜表面；
所述磁自由层的磁化方向可变且垂直于所述磁自由层薄膜表面；
所述势垒层位于所述磁固定层与所述磁自由层之间；
所述覆盖层位于所述磁自由层顶部表面。


2.根据权利要求1所述的磁性隧道结，其特征在于，所述第一晶种层的材料包含CoB、FeB和CoFeB中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的磁性隧道结，其特征在于，所述第二晶种层的材料包含NiCr和NiFeCr中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的磁性隧道结，其特征在于，所述第一晶种层的厚度介于1-5纳米。


5.根据权利要求1所述的磁性隧道结，其特征在于，所述第二晶种层的厚度介于1-10纳米。


6.根据权利要求1所述的磁性隧道结，其特征在于，所述磁固定层包括合成反铁磁钉扎层、磁间隔层和磁参考层，其中，
所述合成反铁磁钉扎层采用的结构为[Co/X]n/Co/Y/Co/[X/Co]m，其中X为Ni、Pd或Pt中的一种，X的厚度介于0.2-1.0纳米，Y为Ru或Ir中的一种，Y的厚度介...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙一慧，孟凡涛，蒋信，韩谷昌，
申请(专利权)人：浙江驰拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33