[發(fā)明專利]一種垂直型磁電阻元件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611192685.X
• 申請(qǐng)日: 2016-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN108232003B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏文斌;郭一民;肖榮福;陳峻;麻榆陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L43/08
• 分類號(hào): H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

1.一種磁電阻元件，其特征在于，依次包括種子層、磁固定層、勢(shì)壘層、磁記憶層、覆蓋層；

所述種子層采用具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)的材料；

所述磁固定層的磁化方向不變且磁各向異性垂直于所述磁固定層表面，所述磁固定層在從種子層到勢(shì)壘層這一方向上依次細(xì)分為磁穩(wěn)定層、晶格轉(zhuǎn)化結(jié)合層和磁參考層，所述晶格轉(zhuǎn)化結(jié)合層是X/Z/Co/Y四層結(jié)構(gòu)，其中X、Y、Z分別是Pt、Ta、W、Mo、Mg、Zr、Hf、Bi中的一種，所述晶格轉(zhuǎn)化結(jié)合層的厚度介于0.2-0.8納米；所述晶格轉(zhuǎn)化結(jié)合層將具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)的所述磁穩(wěn)定層與具有體心立方結(jié)構(gòu)的所述磁參考層結(jié)合起來；

所述磁記憶層的磁化方向可變且磁各向異性垂直于所述磁記憶層表面，所述磁記憶層具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)；

所述勢(shì)壘層位于所述磁固定層和所述磁記憶層之間，所述勢(shì)壘層是一種氧化物；

所述覆蓋層具有保護(hù)所述磁記憶層、增加磁電阻效應(yīng)和充當(dāng)蝕刻硬掩膜的作用。

2.如權(quán)利要求1所述的一種磁電阻元件，其特征在于，所述種子層采用Ta、(Ta，TaN，Ru)/Pt、[Co/Ta]_n/Pt、NiCr、NiCr/Pt中的一種或多種，所述種子層的厚度介于1.5-10納米。

3.如權(quán)利要求1所述的一種磁電阻元件，其特征在于，所述磁固定層的厚度介于5-10納米。

4.如權(quán)利要求3所述的一種磁電阻元件，其特征在于，所述磁穩(wěn)定層具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)，所述磁穩(wěn)定層采用復(fù)合超晶格多層膜；所述復(fù)合超晶格多層膜的結(jié)構(gòu)為[Co/X]_n/Co/Ru/Co/[X/Co]_m/X，其中X為Ni、Pd或Pt中的一種，X的厚度介于0.2-0.6納米，Ru的厚度介于0.4-0.9納米，n與m為超晶格層數(shù)，n為4-10層，m為2-6層。

5.如權(quán)利要求3所述的一種磁電阻元件，其特征在于，所述磁參考層為含鐵鈷硼材料的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，采用CoFeB、CoFeB/Fe或CoFeB/A/CoFeB，其中A為Ta、Mo、W、Hf、Zr或Fe中的一種；所述磁參考層退火前為非晶結(jié)構(gòu)，退火以后轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格結(jié)構(gòu)。

6.如權(quán)利要求1所述的一種磁電阻元件，其特征在于，所述勢(shì)壘層采用MgO、MgZnO或MgAlO，所述勢(shì)壘層的厚度介于0.8-2納米。

7.如權(quán)利要求1所述的一種磁電阻元件，其特征在于，所述磁記憶層采用CoFeB、CoFeB/Fe或CoFeB/β/CoFeB，其中β為Ta、Mo、W、Hf、Zr或Fe中的一種，所述磁記憶層的厚度介于0.8-3納米；所述磁記憶層退火后由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂畜w心立方的晶態(tài)。

8.如權(quán)利要求1所述的一種磁電阻元件，其特征在于，所述覆蓋層采用(MgO，Mg，Ru，Hf，Zr，W，Mo，Pt)/Ta，所述覆蓋層的厚度介于2-80納米。

9.一種磁電阻元件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

在襯底上沉積面心立方的種子層；

在所述種子層上沉積面心立方的復(fù)合超晶格多層膜作為磁穩(wěn)定層；

在所述復(fù)合超晶格多層膜上形成晶格轉(zhuǎn)化結(jié)合層，所述晶格轉(zhuǎn)化結(jié)合層是X/Z/Co/Y四層結(jié)構(gòu)，其中X、Y、Z分別是Pt、Ta、W、Mo、Mg、Zr、Hf、Bi中的一種，所述晶格轉(zhuǎn)化結(jié)合層的厚度介于0.2-0.8納米；

在所述晶格轉(zhuǎn)化結(jié)合層上形成鐵鈷硼磁參考層；

在從種子層到勢(shì)壘層這一方向上依次細(xì)分為磁穩(wěn)定層、晶格轉(zhuǎn)化結(jié)合層和磁參考層形成磁固定層；

在所述鐵鈷硼磁參考層上形成勢(shì)壘層；

在所述勢(shì)壘層上形成磁記憶層；

在所述磁記憶層上形成覆蓋層，至此形成磁電阻元件多層膜；

在所述磁電阻元件多層膜形成后進(jìn)行退火，退火溫度為300-450℃，退火時(shí)間為0.5-2小時(shí)，通過退火后形成體心立方的磁參考層和磁記憶層；

所述晶格轉(zhuǎn)化結(jié)合層將具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)的磁穩(wěn)定層與具有體心立方結(jié)構(gòu)的磁參考層結(jié)合起來。