[發明專利]一種形成磁阻器件的方法以及磁阻器件

有效

• 申請號: 201711443712.0
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108269915B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: J·斯韋茨;S·庫埃特
• 申請（專利權）人: IMEC非營利協會
• 主分類號: H10N50/80
• 分類號: H10N50/80;H10N50/01;H10B61/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 王穎;郭輝

依據本發明的一個方面，提供一種形成磁阻器件的方法，該方法包括：在基板上方形成磁性隧道結結構，該磁性隧道結結構在自底向上的方向上包括自由層、隧道勢壘層和參考層，在磁性隧道結結構上方形成釘扎層，用于釘扎參考層的磁化方向，在釘扎層上方形成含Cr的覆蓋層，以及進行退火步驟，其中Cr從覆蓋層至少擴散到釘扎層中。本發明還提供一種磁阻器件和磁阻隨機存取存儲器MRAM。

技術領域

本發明涉及一種形成磁阻器件的方法以及磁阻器件。

背景技術

磁阻隨機存取存儲器(MRAM)技術是未來存儲技術的一個有希望的候選者。磁阻器件或存儲元件可包括垂直磁性隧道結結構(MTJ)。MTJ可以配置為“頂釘扎”MTJ。頂釘扎MTJ在自底向上的方向上包括自由層，設置在自由層上方的參考層，以及設置在自由層和參考層之間的隧道勢壘層。參考層和自由層通常是鐵磁層，形成為顯示垂直磁各向異性(PMA)或面內磁各向異性。參考層的磁化方向是“固定的”或“釘扎的”，而自由層的磁化方向是可切換的。可通過設置在參考層上的硬磁性“釘扎”層來實現參考層的釘扎。

參考層和自由層的磁化方向的相對取向決定MTJ的電阻。當參考層和自由層的磁化對齊或平行時，MTJ可呈現較低的電阻，而當參考層和自由層的磁化方向互相反平行時，MTJ可呈現較高的電阻。

隧穿磁阻比(TMR)是MTJ電阻在反平行狀態和平行狀態之間的差異的量度。自由層的不同狀態以及相應的不同電阻水平可用于表示邏輯“1”或邏輯“0”。可通過測量MTJ對通過MTJ的“讀取電流”來執行MTJ的讀取操作。

MTJ的寫入操作通常涉及在平行狀態和反平行狀態之間改變/切換自由層的磁化方向。可通過自旋轉移扭矩(STT)效應來控制自由層的磁化方向，其中通過使較高的電流垂直于形成MTJ的層通過MTJ來改變磁化方向。或者，可通過自旋軌道扭矩(SOT)效應來控制自由層的磁化方向，其中通過使電流通過設置在自由層下方的額外的“SOT產生層”來改變磁化方向。STT效應和SOT效應也可以聯合使用，以能夠更快地切換自由層的磁化方向。

制造這種裝置的難處包括：實現足夠高的TMR比(例如至少150％)，優選在低結電阻面積乘積下(例如小于10Ohm*μm²)實現；實現足夠程度的自由層和參考層的磁各向異性。同時，為了能得到高性能器件，在暴露于后端制程(BEOL)處理(通常400℃)過程中所需的升高的溫度后要仍然能展示這些性質。特別是對于頂釘扎MTJ，這仍然是要克服的關鍵難點之一。

發明內容

本發明的目的是解決這些難點。

依據本發明的第一方面，提供一種形成磁阻器件的方法，該方法包括：

在基板上方形成磁性隧道結結構，該磁性隧道結結構在自底向上的方向上包括自由層、隧道勢壘層和參考層，

在磁性隧道結結構上方形成釘扎層，用于釘扎參考層的磁化方向，

在釘扎層上方形成含Cr的覆蓋層，以及

進行退火步驟，其中Cr從覆蓋層至少擴散到釘扎層中。

依據本發明的第二方面，提供一種形成磁阻器件的方法，該方法包括：

在基板上方形成磁性隧道結結構，該磁性隧道結結構在自底向上的方向上包括自由層、隧道勢壘層和參考層，

在磁性隧道結結構上方形成釘扎層的至少一個子層，所述釘扎層用于釘扎參考層的磁化方向，

在所述釘扎層的至少一個子層上方形成含Cr的覆蓋層，以及

進行退火步驟，其中Cr從覆蓋層至少擴散到所述釘扎層的至少一個子層中。