[發(fā)明專利]一種具雙自由層的磁性隨機存儲器存儲單元

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911048593.8
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN112750945A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張云森;郭一民;陳峻;肖榮福
• 申請（專利權(quán)）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(wù)所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

1.一種具雙自由層的磁性隨機存儲器存儲單元，包括由下至上層疊設(shè)置的參考層、勢壘層、自由層、覆蓋層，其特征在于，

所述參考層為鐵磁金屬或其合金所形成，其磁化矢量垂直于薄膜平面且方向不變；

所述勢壘層為金屬氧化物所形成；

所述自由層內(nèi)部按照第一自由層、雜質(zhì)吸收層、第二自由層的依次向上疊加設(shè)置；其中，所述第一自由層為由鐵磁性金屬合金所形成的具有垂直各向異性的可變磁極化層，所述雜質(zhì)吸收層為低價金屬氧化物所形成，所述第二自由層為由鐵磁性金屬合金所形成的具有垂直各向異性的可變磁極化層，所述第一自由層的磁化矢量方向和所述第二自由層的磁化矢量方向在透過所述雜質(zhì)吸收層的RKKY耦合作用下呈現(xiàn)平行的狀態(tài)；

所述覆蓋層為金屬氧化物所形成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性隨機存儲器存儲單元，其特征在于，所述第一自由層的組成材料為FeB、CoFeB、Fe/FeB、CoFe/CoFeB、Fe/CoFeB、FeC、CoFeC、Fe/FeC、CoFe/CoFeC、Fe/CoFeC其中之一，且在FeB或CoFeB中B(硼)的含量不超過20％，在FeC或CoFeC中C(碳)的含量不超過20％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性隨機存儲器存儲單元，其特征在于，所述第一自由層厚度為0.8nm～2.0nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性隨機存儲器存儲單元，其特征在于，所述雜質(zhì)吸收層其材料為Mg、Ti、Ca、Al、V、Cr、Zr、Nb、Ta、Hf、Mo、W、Cu、Zn等金屬元素的低價金屬氧化物其中之一或它們的組合，優(yōu)化為Mg、Ti、Ca、Al、V、Cr等輕金屬元素的低價金屬氧化物其中之一或它們的組合，其厚度為0.2nm～0.5nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁性隨機存儲器存儲單元，其特征在于，所述雜質(zhì)吸收層的制作方式為濺射沉積X后輕度氧化，或依次濺射沉積X和YO，或依次濺射沉積YO和X，其中X或Y為所述雜質(zhì)吸收層金屬元素其中之一。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性隨機存儲器存儲單元，其特征在于，所述第二自由層組成材料為CoB、CoFeB、CoC、CoFeC其中之一，且在CoB或CoFeB的B(硼)含量為10％～40％，在CoC或CoFeC的C(碳)含量為10％～40％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性隨機存儲器存儲單元，其特征在于，所述第二自由層厚度為0.4nm～1.5nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性隨機存儲器存儲單元，其特征在于，所述第二自由層在第二自由層制作完成后對其進行等離子體后處理工藝，用以增強磁性隧道結(jié)的熱穩(wěn)定性因子。

9.一種磁性隨機存儲器，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-8中任意一項所述的存儲單元，還包括底電極、種子層、合成反鐵磁層、晶格隔斷層、覆蓋層及頂電極，所述磁性隨機存儲器順序?qū)盈B底電極、種子層、合成反鐵磁層、晶格隔斷層、參考層、勢壘層、第一自由層、雜質(zhì)吸收層、第二自由層、覆蓋層及頂電極。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁性隨機存儲器，其特征在于，在所述種子層、合成反鐵磁層、晶格隔斷層、參考層、勢壘層、第一自由層、雜質(zhì)吸收層、第二自由層、覆蓋層沉積之后，在不低于300℃的溫度下進行至少30分鐘的退火操作，用以將所述參考層和所述自由層在所述勢壘層的模板作用下從非晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成體心立方BCC(001)的晶體結(jié)構(gòu)，所述雜質(zhì)吸收層吸收所述自由層晶化過程中所產(chǎn)生的硼或碳雜質(zhì)，并對所述自由層產(chǎn)生額外的界面垂直各向異性。