[發明專利]磁性隨機存儲器的磁隧道結器件

有效

• 申請號: 201910330210.X
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110112286B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 葉力
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/02;H01L43/10;H01L43/12
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

1.一種磁性隨機存儲器的磁隧道結器件，包括自下而上依次堆疊的參考層（13）、隧穿介電層（14）和記憶層（15），其特征在于，所述記憶層（15）采用物理氣相沉積法制作，物理氣相沉積法通過材料沉積在高真空度下濺射相應靶材來實現，使得每一層沉積的材料在維持平整度質量的前提下厚度為1-10埃；其包括鐵磁材料，以及通過沉積層插入方式和/或濺射方式來摻入該鐵磁材料的非磁材料；

所述記憶層（15）包括N層彼此間隔的第一沉積層，和插設于其中的N-1層彼此間隔的第二沉積層，N至少為3；

其中，第一沉積層采用鐵磁稀釋合金（151）和鐵磁層（152）中的一種，第二沉積層采用鐵磁稀釋合金（151）和鐵磁層（152）中的另一種；所述鐵磁稀釋合金（151）通過采用鐵磁材料和非磁材料的靶材共濺射或采用鐵磁稀釋合金的靶材濺射的方式沉積而成，且鐵磁稀釋合金（151）沉積時選用鐵磁材料和非磁材料的濺射速率，用以調控鐵磁稀釋的程度；所述鐵磁層（152）的材料為鐵磁材料；

所述參考層（13）包括依次堆疊的參考鐵磁層（131）、鐵磁輔助層（132）和過渡層（133），參考鐵磁層（131）和鐵磁輔助層（132）是組分可變的CoFeB材料，Co組分20-80%，Fe組分20-80%，B組分20-30%，厚度0.5-2nm，過渡層（133）的材料為Cr、Cu、Mo、Ru、Pd、Hf、Ta、W、Tb和Ir中的一種或多種，厚度0.2-1nm；

所述參考層（13）下方設有依次堆疊的種子層（11）和釘扎層（12）；所述記憶層（15）上方設有依次堆疊的輔助層（16）、保護層（17）和掩膜層（18）；輔助層（16）用于提高垂直磁各向異性以及幫助磁隧道結多層膜材料在退火后形成合適的結晶結構，輔助層（16）的材料為Mg、MgO或兩者的層疊，以誘導磁性層的垂直磁各向異性；保護層（17）用于抵抗刻蝕，保護磁性隨機存儲器的磁隧道結器件（1）在頂上開通孔時，阻止開孔刻蝕的工藝侵蝕，其材料為Ru，其厚度為1-10nm；掩膜層（18）用于在光刻工藝刻蝕磁隧道結器件的圓柱時保護一部分具有掩模層（18）的磁隧道結器件（1），并將其余部分都刻蝕掉，掩膜層（18）的材料包括Ta，TaN，硅氧化物中的一種或至少兩種的層疊，掩膜層（18）的厚度在100-500nm范圍；

參考層（13）的磁矩垂直于其表面，釘扎層（12）為三部分組成的合成反鐵磁，包括兩個磁性超晶格（121）和設于兩個鐵磁超晶格之間的一個反鐵磁耦合層（122）；超晶格材料（121）是[Co|Pt]n，[Co|Pd]n，[Co|Ni]n的多層膜材料的其中一種或者兩種的混合使用，多層膜材料的重復次數為n=1-10；反鐵磁耦合層（122）的材料是非磁金屬Ru；兩部分磁性超晶格（121）經過反鐵磁耦合層（122）形成強反鐵磁耦合，并且磁性超晶格（121）具有強垂直各向異性，保證了釘扎層（12）的磁矩穩定性。

2.根據權利要求1所述的磁性隨機存儲器的磁隧道結器件，其特征在于，記憶層（15）采用多層沉積，每一沉積層的厚度為0.1-2nm。

3.根據權利要求1所述的磁性隨機存儲器的磁隧道結器件，其特征在于，所述非磁材料的組分為20%-80%。

4.根據權利要求1所述的磁性隨機存儲器的磁隧道結器件，其特征在于，各沉積層的厚度不同，且不同層的第一沉積層和第二沉積層均采用不同的材料。

5.根據權利要求1所述的磁性隨機存儲器的磁隧道結器件，其特征在于，所述鐵磁材料為Fe、Co以及組分可變的FeB、CoFeB中的一種或多種；所述非磁材料為Ta、TaN、Ti、TiN、NiCr、Pt、W、Ru、Mo和Ir中的一種或多種。

6.根據權利要求1所述的磁性隨機存儲器的磁隧道結器件，其特征在于，所述隧穿介電層（14）的材料為Mg或Al基的氧化物，且其厚度為1-2nm。