[发明专利]一种垂直型磁电阻元件及其制造方法

权利要求书

1.一种磁电阻元件，其特征在于，依次包括种子层、磁固定层、势垒层、磁记忆层、覆盖层；

所述种子层采用具有面心立方晶格结构的材料；

所述磁固定层的磁化方向不变且磁各向异性垂直于所述磁固定层表面，所述磁固定层在从种子层到势垒层这一方向上依次细分为磁稳定层、晶格转化结合层和磁参考层，所述晶格转化结合层是X/Z/Co/Y四层结构，其中X、Y、Z分别是Pt、Ta、W、Mo、Mg、Zr、Hf、Bi中的一种，所述晶格转化结合层的厚度介于0.2-0.8纳米；所述晶格转化结合层将具有面心立方晶格结构的所述磁稳定层与具有体心立方结构的所述磁参考层结合起来；

所述磁记忆层的磁化方向可变且磁各向异性垂直于所述磁记忆层表面，所述磁记忆层具有体心立方晶格结构；

所述势垒层位于所述磁固定层和所述磁记忆层之间，所述势垒层是一种氧化物；

所述覆盖层具有保护所述磁记忆层、增加磁电阻效应和充当蚀刻硬掩膜的作用。

2.如权利要求1所述的一种磁电阻元件，其特征在于，所述种子层采用Ta、(Ta，TaN，Ru)/Pt、[Co/Ta]_n/Pt、NiCr、NiCr/Pt中的一种或多种，所述种子层的厚度介于1.5-10纳米。

3.如权利要求1所述的一种磁电阻元件，其特征在于，所述磁固定层的厚度介于5-10纳米。

4.如权利要求3所述的一种磁电阻元件，其特征在于，所述磁稳定层具有面心立方晶格结构，所述磁稳定层采用复合超晶格多层膜；所述复合超晶格多层膜的结构为[Co/X]_n/Co/Ru/Co/[X/Co]_m/X，其中X为Ni、Pd或Pt中的一种，X的厚度介于0.2-0.6纳米，Ru的厚度介于0.4-0.9纳米，n与m为超晶格层数，n为4-10层，m为2-6层。

5.如权利要求3所述的一种磁电阻元件，其特征在于，所述磁参考层为含铁钴硼材料的复合层结构，采用CoFeB、CoFeB/Fe或CoFeB/A/CoFeB，其中A为Ta、Mo、W、Hf、Zr或Fe中的一种；所述磁参考层退火前为非晶结构，退火以后转变为体心立方晶格结构。

6.如权利要求1所述的一种磁电阻元件，其特征在于，所述势垒层采用MgO、MgZnO或MgAlO，所述势垒层的厚度介于0.8-2纳米。

7.如权利要求1所述的一种磁电阻元件，其特征在于，所述磁记忆层采用CoFeB、CoFeB/Fe或CoFeB/β/CoFeB，其中β为Ta、Mo、W、Hf、Zr或Fe中的一种，所述磁记忆层的厚度介于0.8-3纳米；所述磁记忆层退火后由非晶态转变为具有体心立方的晶态。

8.如权利要求1所述的一种磁电阻元件，其特征在于，所述覆盖层采用(MgO，Mg，Ru，Hf，Zr，W，Mo，Pt)/Ta，所述覆盖层的厚度介于2-80纳米。

9.一种磁电阻元件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

在衬底上沉积面心立方的种子层；

在所述种子层上沉积面心立方的复合超晶格多层膜作为磁稳定层；

在所述复合超晶格多层膜上形成晶格转化结合层，所述晶格转化结合层是X/Z/Co/Y四层结构，其中X、Y、Z分别是Pt、Ta、W、Mo、Mg、Zr、Hf、Bi中的一种，所述晶格转化结合层的厚度介于0.2-0.8纳米；

在所述晶格转化结合层上形成铁钴硼磁参考层；

在从种子层到势垒层这一方向上依次细分为磁稳定层、晶格转化结合层和磁参考层形成磁固定层；

在所述铁钴硼磁参考层上形成势垒层；

在所述势垒层上形成磁记忆层；

在所述磁记忆层上形成覆盖层，至此形成磁电阻元件多层膜；

在所述磁电阻元件多层膜形成后进行退火，退火温度为300-450℃，退火时间为0.5-2小时，通过退火后形成体心立方的磁参考层和磁记忆层；

所述晶格转化结合层将具有面心立方晶格结构的磁稳定层与具有体心立方结构的磁参考层结合起来。