[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: 202010136585.5
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN113346007A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 張云森;郭一民;肖榮福;陳峻
• 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
• 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隨機存儲器，所述磁性隧道結結構的反鐵磁層的鐵磁超晶格層與參考層結合，形成具有超薄反鐵磁層和參考層雙層結構，調節所述反鐵磁層和所述參考層在垂直方向的飽和磁矩以調節其在所述自由層的漏磁場，其令磁性隧道結具有相對較佳的漏磁場寫電流的調控能力，有利于磁性隧道結單元在磁學，電學和良率的提升以及器件的縮微化。

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(Data Retention)或者是熱穩定性(Thermal Stability)，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，數據保存能力要求是在125℃的條件下可以保存數據至少10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，所以常會采用反鐵磁層(Synthetic Anti-Ferromagnet Layer，SyAF)超晶格來實現參考層(Reference Layer，RL)的釘扎。反鐵磁層(SyAF)通常含有兩層具有強烈垂直各向異性的超晶格鐵磁層，通過一層釕以實現雙層超晶格鐵磁層的反鐵磁耦合。然而，此種設計仍較難有效的降低漏磁場對自由層的影響。

發明內容

為了解決上述技術問題，本申請的目的在于，提供一種磁性隧道結結構及其磁性隨機存儲器，實現參考層釘扎、晶格轉換、增強鐵磁耦合與整體膜層結構薄化。

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隧道結結構，由上至下結構包括覆蓋層(CappingLayer，CL)、自由層(Free Layer，FL)、勢壘層(Tunneling Barrier Layer，TB)、參考層(Reference Layer，RL)、反鐵磁層(Synthetic Anti-Ferromagnet Layer，SyAF)、種子層(Seed Layer，SL)、緩沖層(Buffer Layer，BL)。

所述參考層(RL)的結構為Fe、FeB、FeCoB或者(Fe或FeB)/(CoB，CoFe，CoFeB，FeC，CoC或CoFeC)；所述反鐵磁層結構為[X/Pt]n/Y/Z，[X/Pd]n/Y/Z，CoPt/Z，FePt/Z，NiPt/Z，CoFePt/Z，CoPd/Z，FePd/Z，NiPd/Z，CoFePt/Z；其中，2≤n≤10；X、Y選自Co,Ni，Fe，CoFe，CoNi，NiFe，NiCo，CoNiFe，FeB，CoB，CoFeB中之一者或者其組成的雙層及其以上的多層結構，Z為復合反鐵磁耦合層，其材料選自Cu，Ir，Rh，Cr，Re，V，Mo，Nb，Zr，W，Ta，Hf，Os，Tc，Mn中至少一者，或其合金、或其組成的雙層及其以上的多層結構。用于實現參考層和反鐵磁層反鐵磁層耦合的復合反鐵磁耦合層，設置于所述反鐵磁層上或是結合于所述反鐵磁層中，由可形成反鐵磁耦合的過渡金屬材料形成；所述反鐵磁層配合所述復合反鐵磁耦合層以實現所述參考層有效釘扎，調節所述反鐵磁層和所述參考層在垂直方向的飽和磁矩以調節其在所述自由層的漏磁場。

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，所述反鐵磁層的總厚度為0.5nm～5.0nm；所述參考層的總厚度為0.5nm～1.5nm。