[發明專利]磁性隧道結結構及其磁性隨機存儲器

在審

• 申請號: 201910972521.6
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN112736193A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 張云森;郭一民;陳峻;麻榆陽;肖榮福
• 申請（專利權）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/10;H01L27/22;G11C11/16
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

本申請提供一種磁性隧道結結構及其磁性存儲器，所述磁性隧道結結構包括含摻雜導電材料的鎂金屬氧化物層形成的勢壘層。本申請通過勢壘層的摻雜或更進一步的復合設計，在不降低其的厚度的條件下，降低了電阻面積積的同時保持穩定且足夠的隧穿磁阻率，非常有利于MRAM電路讀/寫性能的提升與制作超小型MRAM電路的制作。

技術領域

本發明涉及存儲器技術領域，特別是關于一種磁性隧道結結構及其磁性隨機存儲器。

背景技術

磁性隨機存儲器(Magnetic random access memory，MRAM)在具有垂直各向異性(Perpendicular Magnetic Anisotropy；PMA)的磁性隧道結(Magnetic tunnel junction；MTJ)中，作為存儲信息的自由層，在垂直方向擁有兩個磁化方向，即：向上和向下，分別對應二進制中的“0”和“1”或者“1”和“0”，在實際應用中，在讀取信息或者空置的時候，自由層的磁化方向會保持不變；在寫的過程中，如果與現有狀態不相同的信號輸入時，則自由層的磁化方向將會在垂直方向上發生一百八十度的翻轉。磁性隨機存儲器的自由層磁化方向保持不變的能力叫做數據保存能力或者是熱穩定性，在不同的應用情況中要求不一樣，對于一個典型的非易失存儲器(Non-volatile Memory，NVM)而言，比如：應用于汽車電子領域，數據保存能力要求是在125℃或150℃的條件下可以保存數據至少十年，在外磁場翻轉，熱擾動，電流擾動或讀寫多次操作時，都會造成數據保持能力或者是熱穩定性的降低。

為了提升MRAM的存儲密度與滿足更高技術節點的CMOS的電路要求，磁性隧道結的關鍵尺寸(Critical Dimension，CD)越來越小，相對的，磁性隧道結的電阻面積積(Resistance Area Product,RA)也越來越小。在關鍵尺寸減小的同時，會發現磁性隧道結的熱穩定性因子(▽)急劇變差。為提升超小型MRAM單元器件的熱穩定性因子(▽)，可以通過降低自由層的厚度，在自由層里添加或把自由層改為低飽和磁化率的材料等一些列措施來增加有效垂直各向異性能量密度，進而維持較高的熱穩定性因子(▽)，但磁性隧道結的隧穿磁阻率(Tunnel Magnetoresistance Ratio，TMR)將會降低，進而會增加存儲器讀操作的錯誤率。而且，由于低的勢壘層厚度，也會降低其擊穿(Break down，BD)電壓，從而會降低MRAM器件的耐用度。

發明內容

為了解決上述技術問題，本申請的目的在于，提供一種增強勢壘層效能的磁性隧道結結構及其磁性隨機存儲器。

本申請的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。

依據本申請提出的一種磁性隨機隧道結結構，其由上至下結構包括覆蓋層(Capping Layer，CL)、自由層(Free Layer，FL)、勢壘層(Tunneling Barrier Layer，TBL)、參考層(Reference Layer，RL)、晶格隔斷層(Crystal Breaking Layer，CBL)、反鐵磁層(Synthetic Anti-Ferromagnet Layer，SyAF)與種子層(Seed Layer；SL)，其中，所述勢壘層為含摻雜鐵磁材料的鎂金屬氧化物層形成。

本申請解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

在本申請的一實施例中，所述含摻雜鐵磁材料的鎂金屬氧化物層為均勻摻雜鐵磁材料的鎂金屬氧化物層。

在本申請的一實施例中，所述勢壘層為[氧化鎂]_1-aM_a的結構，所述M為鎂、鋁、硅、鈣、鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、鍶、釔、鋯、鈮、鉬、鎝、釕、銠、鈀、銀、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉑、金或其組合，0a≤20％。所述勢壘層是采用對氧化鎂靶材摻M來進行濺射沉積，或對氧化鎂靶材，M靶進行共濺射沉積。