磁性隧道结及其制作方法、磁性随机存储器技术

本公开提供一种磁性隧道结及其制作方法、磁性随机存储器，磁性隧道结包括：基底，基底包括自由层；自旋增强层，设置于基底上，自旋增强层具有垂直磁各向异性，且自旋增强层的能量壁垒小于自由层的能量壁垒。如此，在对磁性隧道结进行写入操作时，在外加电场的作用下，自旋增强层的磁化矢量方向在自由层发生磁矩翻转之前确定为与参考层的磁化矢量方向相反，如此，自由层能够在自旋增强层的自旋力矩以及参考层的自旋力矩的协同作用下发生翻转，从而提高了电荷自旋转换效率，使得自由层能够更容易地被翻转，进而提高了自旋转移力矩效率，同时有效改善了翻转非对称性问题。有效改善了翻转非对称性问题。有效改善了翻转非对称性问题。

【技术实现步骤摘要】
磁性隧道结及其制作方法、磁性随机存储器


[0001]本公开涉及半导体
，尤其涉及一种磁性隧道结及其制作方法、磁性随机存储器。

技术介绍

[0002]磁性随机存储器(Magnetic random access memory，MRAM)是一种新型非挥发性存储器，它具有非易失性、无限的读/写、高耐久性、快速访问时间、低工作电压等特点，拥有静态随机存储器(static random access memory，SRAM)的高速读取写入能力，以及动态随机存储器(dynamic random access memory，DRAM)的高集成度，且与互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)兼容性好，因此逐步得到了广泛关注。
[0003]磁性随机存储器可以改变磁化矢量方向来存储信息，其基本存储单元包括磁性隧道结(magnetic tunnel junction，MTJ)，磁性隧道结通常包括参考层、位于参考层上的隧穿势垒层以及位于隧穿势垒层上的自由层，其中，参考层的磁性不变，自由层的磁化矢量方向随外加磁场或电场的变化而改变。
[0004]然而，上述的磁性隧道结存在着自旋转移力矩效率低，且存在翻转非对称性问题。

技术实现思路

[0005]以下是对本公开详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
[0006]本公开提供一种磁性隧道结及其制作方法、磁性随机存储器。
[0007]本公开的第一方面提供一种磁性隧道结，所述磁性隧道结包括：
[0008]基底，所述基底包括自由层；
[0009]自旋增强层，设置于所述基底上，所述自旋增强层具有垂直磁各向异性，且所述自旋增强层的能量壁垒小于所述自由层的能量壁垒。
[0010]根据本公开的一些实施例，所述基底还包括参考层和设置于所述参考层上的隧穿势垒层，所述自由层设置于所述隧穿势垒层上；
[0011]所述自旋增强层配置为：
[0012]所述自旋增强层的磁矩翻转所需电流小于所述自由层的磁矩翻转所需电流；
[0013]当自旋电子流由所述参考层流向所述自由层时，所述自旋增强层和所述自由层的磁化矢量方向趋向于相同，当自旋电子流由所述自由层流向所述参考层时，所述自旋增强层和所述自由层的磁化矢量方向趋向于相反。
[0014]根据本公开的一些实施例，所述自旋增强层包括：
[0015]自旋扩散层，所述自旋扩散层为非磁性材料层；
[0016]垂直自旋层，设置于所述自旋扩散层上，所述垂直自旋层的材料包括磁性材料。
[0017]根据本公开的一些实施例，所述自旋扩散层的厚度为0.2nm～6nm。
[0018]根据本公开的一些实施例，所述自旋扩散层的材料包括铜、银、金、锗、钛、锌、铝、镓、铟、钒、铬、锆、铌、钼、锝、钌、硅中的一种或者多种的组合。
[0019]根据本公开的一些实施例，所述垂直自旋层的厚度为0.5nm～3nm。
[0020]根据本公开的一些实施例，所述垂直自旋层的材料包括钴铁硼、钨、镁、钼、氧化镁、铁、铁硼、钴硼或钽。
[0021]根据本公开的一些实施例，所述垂直自旋层为多层结构，
[0022]所述多层结构包括层叠设置的钨或钼层、钴铁硼层和氧化镁层；或者，
[0023]所述多层结构包括层叠设置的第一钨或钼层、第一钴铁硼层、氧化镁层、第二钴铁硼层和第二钨或钼层；或者，
[0024]所述多层结构包括层叠设置的钨或钼层、第一钴铁硼层、第一氧化镁层、第二钴铁硼层、镁层、第三钴铁硼层和第二氧化镁层；或者，
[0025]所述多层结构包括层叠设置的第一钨或钼层、第一钴铁硼层、第一氧化镁层、第二钴铁硼层和第二钨或钼层、第三钴铁硼层和第二氧化镁层；或者，
[0026]所述多层结构包括层叠设置的钨或钼层、第一钴铁硼层、第一氧化镁层、第二钴铁硼层和第二氧化镁层。
[0027]根据本公开的一些实施例，所述基底还包括设置于所述参考层下方的钉扎层以及设置于所述钉扎层下方的底电极；
[0028]所述磁性隧道结还包括设置于所述自旋增强层上的覆盖层以及设置于所述覆盖层上的顶电极。
[0029]本公开的第二方面提供一种磁性隧道结的制作方法，所述磁性隧道结的制作方法包括：
[0030]提供基底，所述基底包括自由层；
[0031]在所述基底上形成自旋增强层，所述自旋增强层具有垂直磁各向异性，且所述自旋增强层的能量壁垒小于所述自由层的能量壁垒。
[0032]根据本公开的一些实施例，所述基底还包括参考层和设置于所述参考层上的隧穿势垒层，所述自由层设置于所述隧穿势垒层上；
[0033]所述自旋增强层配置为：
[0034]所述自旋增强层的磁矩翻转所需电流小于所述自由层的磁矩翻转所需电流；
[0035]当自旋电子流由所述参考层流向所述自由层时，所述自旋增强层和所述自由层的磁化矢量方向趋向于相同，当自旋电子流由所述自由层流向所述参考层时，所述自旋增强层和所述自由层的磁化矢量方向趋向于相反。
[0036]根据本公开的一些实施例，所述在所述基底上形成自旋增强层，包括：
[0037]在所述基底上形成自旋扩散层，所述自旋扩散层为非磁性材料层；
[0038]在所述自旋扩散层上形成垂直自旋层，所述垂直自旋层的材料包括磁性材料，所述自旋扩散层和所述垂直自旋层构成所述自旋增强层。
[0039]根据本公开的一些实施例，所述自旋扩散层的材料包括铜、银、金、锗、钛、锌、铝、镓、铟、钒、铬、锆、铌、钼、锝、钌、硅中的一种或者多种的组合；或者，
[0040]所述自旋扩散层采用物理气相沉积工艺形成。
[0041]根据本公开的一些实施例，所述垂直自旋层的材料包括钴铁硼、钨、镁、钼、氧化
镁、铁、铁硼、钴硼或钽；
[0042]所述垂直自旋层采用物理气相沉积工艺形成。
[0043]根据本公开的一些实施例，所述在所述自旋扩散层上形成垂直自旋层，包括：
[0044]在所述自旋扩散层上依次形成钨/钼层、钴铁硼层和氧化镁层；或者，
[0045]在所述自旋扩散层上依次形成第一钨或钼层、第一钴铁硼层、氧化镁层、第二钴铁硼层和第二钨或钼层；或者，
[0046]在所述自旋扩散层上依次形成钨或钼层、第一钴铁硼层、第一氧化镁层、第二钴铁硼层、镁层、第三钴铁硼层和第二氧化镁层；
[0047]或者，在所述自旋扩散层上依次形成第一钨或钼层、第一钴铁硼层、第一氧化镁层、第二钴铁硼层、第二钨或钼层、第三钴铁硼层和第二氧化镁层；或者，
[0048]在所述自旋扩散层上依次形成钨或钼层、第一钴铁硼层、第一氧化镁层、第二钴铁硼层和第二氧化镁层。
[0049]本公开的第二方面提供一种磁性随机存储器，包括磁性隧道结，所述磁性隧道结为如上所述的磁性隧道结，或者，所述磁性隧道结采用如上所述的制作方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性隧道结，其特征在于，所述磁性隧道结包括：基底，所述基底包括自由层；自旋增强层，设置于所述基底上，所述自旋增强层具有垂直磁各向异性，且所述自旋增强层的能量壁垒小于所述自由层的能量壁垒。2.根据权利要求1所述的磁性隧道结，其特征在于，所述基底还包括参考层和设置于所述参考层上的隧穿势垒层，所述自由层设置于所述隧穿势垒层上；所述自旋增强层配置为：所述自旋增强层的磁矩翻转所需电流小于所述自由层的磁矩翻转所需电流；当自旋电子流由所述参考层流向所述自由层时，所述自旋增强层和所述自由层的磁化矢量方向趋向于相同，当自旋电子流由所述自由层流向所述参考层时，所述自旋增强层和所述自由层的磁化矢量方向趋向于相反。3.根据权利要求1所述的磁性隧道结，其特征在于，所述自旋增强层包括：自旋扩散层，所述自旋扩散层为非磁性材料层；垂直自旋层，设置于所述自旋扩散层上，所述垂直自旋层的材料包括磁性材料。4.根据权利要求3所述的磁性隧道结，其特征在于，所述自旋扩散层的厚度为0.2nm～6nm。5.根据权利要求3所述的磁性隧道结，其特征在于，所述自旋扩散层的材料包括铜、银、金、锗、钛、锌、铝、镓、铟、钒、铬、锆、铌、钼、锝、钌、硅中的一种或者多种的组合。6.根据权利要求3所述的磁性隧道结，其特征在于，所述垂直自旋层的厚度为0.5nm～3nm。7.根据权利要求3所述的磁性隧道结，其特征在于，所述垂直自旋层的材料包括钴铁硼、钨、镁、钼、氧化镁、铁、铁硼、钴硼或钽。8.根据权利要求7所述的磁性隧道结，其特征在于，所述垂直自旋层为多层结构，所述多层结构包括层叠设置的钨或钼层、钴铁硼层和氧化镁层；或者，所述多层结构包括层叠设置的第一钨或钼层、第一钴铁硼层、氧化镁层、第二钴铁硼层和第二钨或钼层；或者，所述多层结构包括层叠设置的钨或钼层、第一钴铁硼层、第一氧化镁层、第二钴铁硼层、镁层、第三钴铁硼层和第二氧化镁层；或者，所述多层结构包括层叠设置的第一钨或钼层、第一钴铁硼层、第一氧化镁层、第二钴铁硼层、第二钨或钼层、第三钴铁硼层和第二氧化镁层；或者，所述多层结构包括层叠设置的钨或钼层、第一钴铁硼层、第一氧化镁层、第二钴铁硼层和第二氧化镁层。9.根据权利要求2所述的磁性隧道结，其特征在于，所述基底还包括设置于所述参考层下方的钉扎层以及设置于所述钉扎层下方的底电极；所述磁性隧道结还包括设置于所述自旋增强层上的覆盖层以及设置于所述覆盖层上的顶电极。10.一种磁性隧道结的制作方法，其特征在于，所述磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云森，李辉辉，
申请(专利权)人：北京超弦存储器研究院，
类型：发明
国别省市：