一种MTJ结构中固定层的优化方法技术

本发明专利技术提供了一种MTJ结构中固定层的优化方法，包括以下步骤：减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩，使得固定层在自由层处的偏置场符合设定值。与现有技术相比，本发明专利技术提供的MTJ结构中固定层的优化方法能够在不影响MTJ结构整体稳定性的基础上，减小固定层厚度，从而减轻MTJ刻蚀损伤。实验结果表明，本发明专利技术提供的MTJ结构中固定层的优化方法一方面，降低MTJ刻蚀损伤，同时不影响参考层稳定性；另一方面，降低整体存储单元的厚度，有利于减少刻蚀时间，也为扩展到小尺寸提供光刻(Litho)及硬掩模(HM)更多选择。掩模(HM)更多选择。

【技术实现步骤摘要】
一种MTJ结构中固定层的优化方法


[0001]本专利技术涉及存储器
，更具体地说，是涉及一种MTJ结构中固定层的优化方法。

技术介绍

[0002]主流MRAM制备工艺采用钉扎层在底部的磁隧道结(bottompin MTJ)结构，这样带来的一个问题就是刻完势垒层(通常为MgO)后还需要刻蚀参考层，反铁磁耦合(SAF)钉扎层和种子层。然而，势垒层长时间暴露在高能刻蚀离子中，对MTJ的特性，如耐擦写次数(Endurance)、击穿电压(BDV)、隧道电阻(Rp)及存储层磁特性(如矫顽力Hc)等造成极大伤害。因此，如何减轻势垒层暴露后的刻蚀损伤，是提升MTJ性能的关键。
[0003]典型的隧道结层状堆积(MTJ stack)结构如图1所示，MgO势垒层(Barrier)下面有＞20nm的材料(包括种子层和固定层，其中固定层＞10nm)，因此，在MTJ刻蚀过程中，完成MgO刻蚀后，还需要较长时间的刻蚀从参考层(RL)到种子层(Seed layers)，对MgO及自由层(FL)边缘影响重大，导致MRAM存储单元MTJ性能的退化。
[0004]固定层的总体厚度太大是由以下两个方面决定的：
[0005]一方面，高PMA的需求，导致固定层厚度增加；
[0006]另一方面，固定层在自由层处的总偏置场需控制在合理范围，固定层中部分磁性层厚度增加，导致固定层厚度增加。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种MTJ结构中固定层的优化方法，能够在不影响MTJ结构整体稳定性的基础上，减小固定层厚度，从而减轻MTJ刻蚀损伤。
[0008]本专利技术提供了一种MTJ结构中固定层的优化方法，包括以下步骤：
[0009]减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩，使得固定层在自由层处的偏置场符合设定值。
[0010]优选的，所述减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩包括：
[0011]a)减小第一钉扎层PL1的厚度，并提高第一钉扎层PL1的磁矩；
[0012]b)减小第二钉扎层PL2的磁矩，并降低第二钉扎层PL2的厚度；
[0013]c)减小参考层RL的厚度，并降低参考层RL的磁矩。
[0014]优选的，还包括：
[0015]优化结构调整层TL。
[0016]优选的，步骤a)中所述减小第一钉扎层PL1的厚度的过程具体为：
[0017]降低(Co/Pt)n多层中Co和Pt的厚度到每个分子层。
[0018]优选的，每层Co的厚度为每层Pt的厚度为n为4～8。
[0019]优选的，步骤a)中所述提高第一钉扎层PL1的磁矩的方式为采用高磁饱和磁化Ms的Co合金；所述高磁饱和磁化Ms的Co合金选自Co
x
Fe1‑
x
或CoFeNi，其中，x为0.1～0.4。
[0020]优选的，所述步骤a)还包括：
[0021]增加与反铁磁耦合层AFC接触的Co层或Co合金层的厚度。
[0022]优选的，步骤b)中所述减小第二钉扎层PL2的磁矩的方式为采用低磁饱和磁化Ms的磁性层。
[0023]优选的，步骤b)中所述降低第二钉扎层PL2的厚度的过程具体为：
[0024]降低(Co/Pt)n多层中Co和Pt的厚度到每个分子层。
[0025]优选的，每层Co的厚度为每层Pt的厚度为n为2～5。
[0026]优选的，所述步骤b)还包括：
[0027]使与反铁磁耦合层AFC接触的Co层厚度大于(Co/Pt)n多层中其他Co层厚度。
[0028]优选的，步骤c)中所述优化结构调整层TL的方式包括采用对B吸收强的重金属材料、采用非磁性材料和降低结构调整层TL的厚度中的一种或多种。
[0029]优选的，步骤d)中所述减小参考层RL的厚度至≤1nm。
[0030]优选的，步骤d)中所述降低参考层RL的磁矩的方式为采用低磁饱和磁化Ms同时阻尼因子高的铁磁材料。
[0031]本专利技术还提供了一种MTJ结构，包括上述技术方案所述的优化方法形成的固定层。
[0032]本专利技术提供了一种MTJ结构中固定层的优化方法，包括以下步骤：减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩，使得固定层在自由层处的偏置场符合设定值。与现有技术相比，本专利技术提供的MTJ结构中固定层的优化方法能够在不影响MTJ结构整体稳定性的基础上，减小固定层厚度，从而减轻MTJ刻蚀损伤。实验结果表明，本专利技术提供的MTJ结构中固定层的优化方法一方面，降低MTJ刻蚀损伤，同时不影响参考层稳定性；另一方面，降低整体存储单元的厚度，有利于减少刻蚀时间，也为扩展到小尺寸提供光刻(Litho)及硬掩模(HM)更多选择。
附图说明
[0033]图1为典型的隧道结层状堆积(MTJ stack)结构的示意图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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。
[0035]本专利技术提供了一种MTJ结构中固定层的优化方法，包括以下步骤：
[0036]减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩，使得固定层在自由层处的偏置场符合设定值。
[0037]在本专利技术中，所述减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩优选包括：
[0038]a)减小第一钉扎层PL1的厚度，并提高第一钉扎层PL1的磁矩；
[0039]b)减小第二钉扎层PL2的磁矩，并降低第二钉扎层PL2的厚度；
[0040]c)减小参考层RL的厚度，并降低参考层RL的磁矩。
[0041]本专利技术在现有磁性隧道结MTJ的结构基础上，为了减低MgO暴露后的刻蚀损伤，提
出一种降低参考层、钉扎层厚度以减少刻蚀损伤同时又不影响参考层稳定性的方法。
[0042]参见图1所示，图1显示为典型的MRAM存储单元结构，包括：
[0043](1)第一钉扎层PL1，由(Co/Pt)n多层薄膜组成，各层厚度＞n典型的在5～10之间；
[0044](2)反铁磁耦合层AFC，使第一钉扎层PL1与第二钉扎层PL2形成强的反铁磁耦合，典型材料为Ru、Ir、Cr；厚度在0.3nm到1.0nm之间，优选在0.45nm附近；
[0045](3)第二钉扎层PL2，由(Co/Pt)n多层薄膜组成，n通常比第一钉扎层PL1小，一般在2
‑
5之间；主要功能是与第一钉扎层PL1通过AFC形成强的反铁磁耦合，同时与参考层RL通过结构调整层TL(过渡层)形成强的铁磁耦合，为参考层RL的磁稳定提供钉扎作用；
[0046](4)结构调整层TL，结构调整层TL一般是非晶结构，不仅用于结构过渡，还需要同时具有B吸收的功能，把参考层RL里的B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MTJ结构中固定层的优化方法，包括以下步骤：减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩，使得固定层在自由层处的偏置场符合设定值。2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩包括：a)减小第一钉扎层PL1的厚度，并提高第一钉扎层PL1的磁矩；b)减小第二钉扎层PL2的磁矩，并降低第二钉扎层PL2的厚度；c)减小参考层RL的厚度，并降低参考层RL的磁矩。3.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，还包括：优化结构调整层TL。4.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，步骤a)中所述减小第一钉扎层PL1的厚度的过程具体为：降低(Co/Pt)n多层中Co和Pt的厚度到每个分子层。5.根据权利要求4所述的优化方法，其特征在于，每层Co的厚度为每层Pt的厚度为n为4～8。6.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，步骤a)中所述提高第一钉扎层PL1的磁矩的方式为采用高磁饱和磁化Ms的Co合金；所述高磁饱和磁化Ms的Co合金选自Co
x
Fe1‑
x
或CoFeNi，其中，x为0.1～0.4。7.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述步骤a)还包括：增加与...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩谷昌，王明，杨晓蕾，哀立波，张恺烨，刘波，
申请(专利权)人：浙江驰拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：