[發(fā)明專利]提高隧道結(jié)薄膜磁電阻效應(yīng)的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510074834.1
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號(hào): CN104659202A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周俊;倪經(jīng);陳彥;黃豹;鄒延珂;郭韋;曹照亮
• 申請（專利權(quán)）人: 西南應(yīng)用磁學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H01L43/12
• 分類號(hào): H01L43/12
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡吉科

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種隧道結(jié)(MTJ)薄膜的制備方法，尤其涉及一種提高隧道結(jié)薄膜磁電阻效應(yīng)的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，由于MTJ薄膜具有潛在的巨大商業(yè)應(yīng)用價(jià)值，正吸引越來越多的科研人員深入研究。如MTJ?可以用于磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM）、磁盤驅(qū)動(dòng)器的讀出磁頭、磁性傳感器等，尤其是MRAM，具有非揮發(fā)、高速、高密度、低能耗等諸多優(yōu)良特性，作為下一代隨機(jī)存儲(chǔ)器，被廣泛應(yīng)用于軍事、航空、民用領(lǐng)域等，表現(xiàn)出巨大的市場競爭潛力。

MRAM實(shí)際是具有隧道結(jié)磁電阻效應(yīng)的磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，為了進(jìn)一步提高M(jìn)RAM的存儲(chǔ)密度，如何提高M(jìn)TJ的磁電阻效應(yīng)是關(guān)鍵，然而，制備具有大磁電阻比值的MTJ仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。通常常溫制備的頂電極層/鐵磁層/隧穿層/鐵磁層/反鐵磁層/底電極層/基底的MTJ薄膜，為獲得更高的磁電阻比值需要在高溫下進(jìn)行退火工藝，但高溫退火的另一不利影響是加劇層間擴(kuò)散，從而使磁電阻比值下降，在不可避免進(jìn)行退火工藝的前提下，如何減弱層間擴(kuò)散是新的研究方向。本發(fā)明重新設(shè)計(jì)MTJ薄膜的制備流程，避免頂電極層與自由鐵磁層間的擴(kuò)散，制備的MTJ薄膜可以提高磁電阻效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種提高隧道結(jié)薄膜磁電阻效應(yīng)的制備方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中頂電極層與自由鐵磁層間的擴(kuò)散過大的問題。

本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：設(shè)計(jì)和制造一種提高隧道結(jié)薄膜磁電阻效應(yīng)的制備方法，包括如下步驟：(a)在基底上依次沉積底電極層、反鐵磁層、釘扎鐵磁層、隧穿層、自由鐵磁層；(b)對(duì)制備的底電極層、反鐵磁層、釘扎鐵磁層、隧穿層、自由鐵磁層進(jìn)行退火工藝處理；(c)?退火工藝處理完畢沉積頂電極層。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述的底電極層、反鐵磁層、釘扎鐵磁層、隧穿層、自由鐵磁層、頂電極層利用濺射法沉積。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：退火工藝加熱溫度在280~330℃，并緩慢冷卻所制備的薄膜，并且退火工藝過程中將5000Oe~6000Oe磁場施加到所制備的薄膜。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述的底電極層為雙層結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)為Ta/Cu。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述的反鐵磁層為FeMn或IrMn或PtMn中的一種。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述的釘扎鐵磁層為為三層結(jié)構(gòu)，三層結(jié)構(gòu)為CoFe/Ru/CoFeB。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述的隧穿層包括但不限于MgO或AlO。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述的自由鐵磁層CoFeB。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述的頂電極層為三層結(jié)構(gòu)，三層結(jié)構(gòu)為Ru/Ta/Cu。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明制備的隧道結(jié)薄膜避免頂電極層與自由鐵磁層間的擴(kuò)散，其重復(fù)性好、穩(wěn)定性高、能夠提高磁電阻效應(yīng)，能夠滿足產(chǎn)品使用要求；本發(fā)明的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器被廣泛應(yīng)用于軍事、民事等領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)為具有隧道結(jié)磁電阻效應(yīng)的磁性隧道結(jié)，為了進(jìn)一步提高磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度，極大提高隧道結(jié)的磁電阻效應(yīng)。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種提高隧道結(jié)薄膜磁電阻效應(yīng)的制備方法，包括如下步驟：(a)在基底上依次沉積底電極層、反鐵磁層、釘扎鐵磁層、隧穿層、自由鐵磁層；(b)對(duì)制備的底電極層、反鐵磁層、釘扎鐵磁層、隧穿層、自由鐵磁層進(jìn)行退火工藝處理；(c)?退火工藝處理完畢沉積頂電極層。

所述的底電極層、反鐵磁層、釘扎鐵磁層、隧穿層、自由鐵磁層、頂電極層利用濺射法沉積。

退火工藝加熱溫度在280~330℃，并緩慢冷卻所制備的薄膜，并且退火工藝過程中將5000Oe~6000Oe磁場施加到所制備的薄膜。

所述的底電極層為雙層結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)為Ta/Cu。

所述的反鐵磁層為FeMn或IrMn或PtMn中的一種。

所述的釘扎鐵磁層為為三層結(jié)構(gòu)，三層結(jié)構(gòu)為CoFe/Ru/CoFeB。

所述的隧穿層包括但不限于MgO或AlO。

所述的自由鐵磁層CoFeB。

所述的頂電極層為三層結(jié)構(gòu)，三層結(jié)構(gòu)為Ru/Ta/Cu。