磁性随机存储器的磁性隧道结结构制造技术

本申请提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，所述磁性隧道结结构包括二层晶格转换层，实现具有面心立方晶体结构的反铁磁层到具有体心立方堆积参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合，有利于磁性隧道结单元在磁学，电学和良率的提升以及器件的缩微化。和良率的提升以及器件的缩微化。和良率的提升以及器件的缩微化。

【技术实现步骤摘要】
磁性随机存储器的磁性隧道结结构


[0001]本专利技术涉及存储器
，特别是关于一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构。

技术介绍

[0002]磁性随机存储器(Magnetic random access memory，MRAM)在具有垂直各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy；PMA)的磁性隧道结(Magnetic tunnel junction；MTJ)中，作为存储信息的自由层，在垂直方向拥有两个磁化方向，即：向上和向下，分别对应二进制中的“0”和“1”或者“1”和“0”，在实际应用中，在读取信息或者空置的时候，自由层的磁化方向会保持不变；在写的过程中，如果与现有状态不相同的信号输入时，则自由层的磁化方向将会在垂直方向上发生180度的翻转。磁随机存储器的自由层磁化方向保持不变的能力叫做数据保存能力(Data Retention)或者是热稳定性(Thermal Stability)，在不同的应用情况中要求不一样，对于一个典型的非易失存储器(Non-volatile Memory，NVM)而言，数据保存能力要求是在125℃的条件下可以保存数据10年，在外磁场翻转，热扰动，电流扰动或读写多次操作时，都会造成数据保持能力或者是热稳定性的降低，所以常会采用反铁磁层(Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF)超晶格来实现参考层(Reference Layer，RL)的钉扎。现行厂商采用各种技术来完成反铁磁层与参考层的晶格配适，但“去铁磁耦合”的情形仍常产生。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，实现参考层钉扎、晶格转换、降低/避免“去铁磁耦合”的情形。
[0004]本申请的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0005]依据本申请提出的一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，由上至下结构包括自由层(Free Layer；FL)、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)、参考层(Reference Layer，RL)、晶格转换层(Crystal Transfer Layer，CTL)、反铁磁层(Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF)与种子层(Seed Layer；SL)，其中，所述晶格转换层包括：第一转换子层，即非连续阻挡层，由低电负性的材料、或其氧化物、或其氮化物、或其氮氧化物形成,厚度为不足以形成连续原子层；以及，第二转换子层，即体心晶格促进层，设置于所述第一转换子层上，由高电负性的具有体心晶体结构的过渡金属形成；其中，所述磁性隧道结包括的二个晶格转换子层，进行所述反铁磁层与所述参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合。
[0006]本申请解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0007]在本申请的一实施例中，所述第一转换子层的低电负性的材料为X,XY，XZ或XYZ，其中，X为选自钙，钪，钇，钛，锆，铪，钒,铌，钽，铬，铝，镧系稀土元素，锕系稀土元素其中之一或其组合；Y为氮，Z为氧，所述第一转换子层的厚度为不大于0.15奈米。
[0008]在本申请的一实施例中，所述第一转换子层的材料为钽，锆，铪与铌其中之一，所
述第一转换子层的厚度为不大于0.10奈米，优选为介于0.05与0.08奈米间。
[0009]在本申请的一实施例中，所述第二转换子层的材料为选自钨，钼，铼，锝与铬其中之一，所述第二转换子层的厚度为0.1奈米至0.5奈米间。
[0010]在本申请的一实施例中，所述自由层上可设置一覆盖层(Capping Layer；CL)，所述覆盖层的材料为选自(镁，氧化镁，氧化镁锌，氧化镁硼或氧化镁铝其中之一)/(钨，钼，镁，铌，钌，铪，钒,铬或铂其中之一)的双层结构，或是氧化镁/(钨，钼或铪其中之一)/钌的三层结构，或是氧化镁/铂/(钨，钼或铪其中之一)/钌的四层结构。
[0011]在本申请的一实施例中，所述自由层的材料为选自硼化钴，硼化铁，钴铁硼单层结构，或是铁化钴/钴铁硼，铁/钴铁硼的双层结构，或是钴铁硼/(钽，钨，钼或铪其中之一)/钴铁硼，钴铁硼/(钨，钼或铪其中之一)/钴铁硼的三层结构，或是铁/钴铁硼/(钨，钼或铪其中之一)/钴铁硼，铁化钴/钴铁硼/(钨，钼或铪其中之一)/钴铁硼，铁/钴铁硼/(钨，钼或铪其中之一)/钴铁硼，或铁化钴/钴铁硼/(钨，钼或铪其中之一)/钴铁硼的四层结构其中之一，所述自由层的厚度为1.2奈米至3.0奈米间。
[0012]在本申请的一实施例中，所述势垒层的材料为选自氧化镁，氧化镁锌，氧化镁硼或氧化镁铝其中之一，所述势垒层的厚度为0.6奈米至1.5奈米间。
[0013]在本申请的一实施例中，所述参考层的材料为选自钴，铁，镍，铁钴合金，硼化钴，硼化铁，钴铁硼合金，钴铁碳合金与钴铁硼碳合金其中之一或及其组合，所述参考层的厚度为0.5奈米至2.0奈米间。
[0014]在本申请的一实施例中，所述磁性隧道结的反铁磁层的材料为[钴/(钯，铂或镍)]n
钴/(钌，铱或铑)/钴[(钯，铂或镍)/钴]m
的多层结构，其中，n≥1，m≥0，单层的钴，钯，铂，镍，钌，铱或铑的厚度小于1.0奈米。
[0015]在本申请的一实施例中，所述磁性隧道结的种子层的材料为选自钛，氮化钛，钽，氮化钽，钨，氮化钨，钌，钯，铬，氧，氮，钴化铬，镍化铬，硼化钴，硼化铁，钴铁硼等其中之一或其组合或是选自钴铁硼/钽/铂，钽/钌，钽/铂，钽/铂/钌，钴铁硼/钽/铂/钌等多层结构其中之一。
[0016]在本申请的一实施例中，于所述磁性隧道结进行退火工艺，以使得所述参考层及所述自由层在面心立方晶体结构势垒层的模板作用下从非晶结构转变成体心立方堆积的晶体结构。
[0017]本申请通过多层晶格转换层的磁性隧道结单元结构，此种含有二层晶格转换层的磁性隧道结单元结构可以实现具有面心立方晶体结构的反铁磁层到具有体心立方堆积参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合，有利于磁性隧道结单元在磁学，电学和良率的提升以及器件的缩微化。
附图说明
[0018]图1为本申请实施例磁性随机存储器磁性存储单元结构示意图；
[0019]图2为本申请实施例的晶格转换层的多层转换层结构示意图。符号说明10:底电极；20:磁性隧道结；21:种子层；22:反铁磁层；23:晶格转换层；24:参考层；25:势垒层；26:自由层；27:覆盖层；30:顶电极；231:第一转换子层；232:第二转换子层；
具体实施方式
[0020]以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本专利技术可用以实施的特定实施例。本专利技术所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本专利技术，而非用以限制本专利技术。
[0021]附图和说明被认为在本质上是示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，设置于磁性随机存储单元，所述磁性隧道结由上至下结构包括自由层、势垒层、参考层、晶格转换层、反铁磁层与种子层，其特征在于，所述晶格转换层包括：第一转换子层，即非连续阻挡层，由低电负性的材料、或其氧化物、或其氮化物、或其氮氧化物形成,厚度为不足以形成连续原子层；以及第二转换子层，即体心晶格促进层，设置于所述第一转换子层上，由高电负性并且具有体心晶体结构的过渡金属形成；其中，所述磁性隧道结包括的二个晶格转换子层，进行所述反铁磁层与所述参考层之间的晶格转换和强铁磁耦合。2.如权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第一转换子层的低电负性的材料为X,XY，XZ或XYZ，其中，X为选自镁，钙，钪，钇，钛，锆，铪，钒,铌，钽，铬，铝，锰，钌，铱，锇，锌，镓，铟，碳，硅，锗，锡，镧系稀土元素，锕系稀土元素其中之一或其组合；Y为氮，Z为氧，所述第二转换子层的厚度为不大于0.15奈米。3.如权利要求2所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第一转换子层的材料为钽，锆，铪与铌其中之一，所述第一转换子层的厚度为不大于0.10奈米，优选为介于0.05与0.08奈米间。4.如权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第二转换子层的材料为选自钨，钼，铼，锝与铬其中之一，所述第二转换子层的厚度为0.1奈米至0.5奈米间。5.如权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述自由层上可设置一覆盖层，所述覆盖层的材料为选自(镁，氧化镁，氧化镁锌，氧化镁硼或氧化镁铝其中之一)/(钨，钼，镁，铌，钌，铪，钒,铬或铂其中之一)的双层结构，或是氧化镁/(钨，钼或铪其中之一)/钌的三层结构，或是氧化镁/铂/(钨，钼或铪其中之一)/钌的四层结构。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云森，郭一民，陈峻，肖荣福，
申请(专利权)人：上海磁宇信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：