[发明专利]一种磁性隧道结的平坦化方法

说明书

本发明提供了一种磁性隧道结的平坦化方法，其中，所述磁性隧道结包括非晶态的铁钴硼层，其特征在于，包括以下步骤：采用离子或等离子束轰击所述非晶态铁钴硼层。采用低功率离子或等离子束轰击，使表面原子获得一定动能但不至于逃离，从而将材料由粗糙凸起移至低谷，最终得到原子级平滑度的MTJ多层膜沉积。

技术领域

本发明涉及磁性随机存储器(MRAM,Magnetic Radom Access Memory)制造技术领域，尤其涉及一种磁性隧道结(MTJ,Magnetic Tunnel Junction)的平坦化方法。

背景技术

近年来，采用磁性隧道结(MTJ)的磁电阻效应的MRAM被人们认为是未来的固态非易失性记忆体，它具有高速读写、大容量以及低能耗的特点。铁磁性MTJ通常为三明治结构，其中有磁性记忆层，它可以改变磁化方向以记录不同的数据；位于中间的绝缘的隧道势垒层；磁性参考层，位于隧道势垒层的另一侧，它的磁化方向不变。当磁性记忆层与磁性参考层之间的磁化强度矢量方向平行或反平行时，磁记忆元件的电阻态相应为低阻态或高阻态。因此，测量磁电阻元件的电阻即可得到存储在其中的信息。

一般通过不同的写操作方法来对MRAM器件进行分类。传统的MRAM为磁场切换型MRAM，其在写操作时，采用两条交叉的电流线的交汇处产生的磁场，来改变磁电阻元件中的磁性记忆层的磁化强度方向。为能在这种磁电阻元件中记录信息，建议使用基于自旋动量转移或称自旋转移矩(STT，Spin Transfer Torque)转换技术的写方法，这样的MRAM称为STT-MRAM。根据磁极化方向的不同，STT-MRAM又分为面内STT-MRAM和垂直STT-MRAM(即pSTT-MRAM)，后者有更好的性能。在垂直式自旋转移力矩磁性随机存储器(pSTT-MRAM，perpendicular Spin-transfer Torque Magnetic Random Access Memory)中，由于两个磁性层的磁晶各向异性比较强(不考虑形状各向异性)，使得其易磁化方向都垂直于层表面，为此在同样的条件下，该器件的尺寸可以做得比面内型器件更小。

相关的控制电路产生的写电流流过磁元件的堆叠方向，从而达到记录信息或改变电阻态(以下称为“垂直自旋转移法”)。通过电阻的改变完成存储器件信息记录时，通常采用恒定电压进行写操作。在pSTT-MRAM中，电压主要作用在约10埃米厚的薄氧化物层(即隧道势垒层)上，如果电压过大，隧道势垒层会被击穿。即使在正常电压工作下，如果隧道势垒层从原子级来看是粗糙的，则某些点位的势垒也会变的更薄，此时隧道势垒层仍可能被击穿。再者，即使隧道势垒层不会立即被击穿，如果重复进行写操作的话，会使得电阻值产生变化，读操作错误增多，磁电阻元件也会失效，无法再记录数据。另外，写操作需要有足够的电压或自旋电流。所以在隧道势垒被击穿前也会出现记录不完全的问题。

一般来讲，根据磁参考层和记忆层的相对位置，pSTT-MRAM可以进一步分为底部固定(BOTTOM-PINNED)，即磁固定层和磁参考层在记忆层的下方，和顶部(TOP-PINNED)即磁固定层和磁参考层在记忆层的上方。无论底部固定还是顶部固定，如图1、图2所示的1、2处，MTJ三明治结构中的磁参考层和记忆层都需要生长一层高质量的铁钴硼(CoFeB)材料。

通常情况下，刚生长的MTJ三明治结构中的CoFeB都是非晶态的，并且表面较为粗糙，尽管CoFeB材料通过高温退火可以从非晶态转变为一定程度的体心立方晶态结构，但其表面的粗糙度并不会因此改进，甚至出现劣坏的状况，极大地影响磁性隧道结的磁电阻性能。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种磁性隧道结的平坦化方法，改进铁钴硼表面的平整度和晶体结构，进而改进磁隧道结的磁电阻性能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种磁性隧道结的平坦化方法，其中，所述磁性隧道结包括非晶态的铁钴硼层，包括以下步骤：采用离子或等离子束轰击所述非晶态铁钴硼层。

进一步地，所述离子或等离子束的电源功率小于等于100瓦特。