[发明专利]磁性隧道结结构及其磁性随机存储器

说明书

本申请提供一种磁性隧道结结构，所述磁性隧道结结构的合成反铁磁层生成之前还形成有单层材料膜或多层材料膜的晶格促进层，其用以使所述合成反铁磁层生成时形成面心立方FCC(111)结构并具有垂直各向异性，实现合成反铁磁层到参考层之间的强铁磁耦合，有利于磁性隧道结单元在磁学，电学和良率的提升以及器件的缩微化。

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，特别是关于一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构。

背景技术

磁性随机存储器(Magnetic random access memory，MRAM)在具有垂直各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy；PMA)的磁性隧道结(Magnetic tunnel junction；MTJ)中，作为存储信息的自由层，在垂直方向拥有两个磁化方向，即：向上和向下，分别对应二进制中的“0”和“1”或者“1”和“0”，在实际应用中，在读取信息或者空置的时候，自由层的磁化方向会保持不变；在写的过程中，如果与现有状态不相同的信号输入时，则自由层的磁化方向将会在垂直方向上发生一百八十度的翻转。磁随机存储器的自由层磁化方向保持不变的能力叫做数据保存能力(Data Retention)或者是热稳定性(Thermal Stability)，在不同的应用情况中要求不一样，对于一个典型的非易失存储器(Non-volatile Memory，NVM)而言，例如：应用于汽车电子领域，其数据保存能力要求是在125℃甚至150℃的条件下可以保存数据至少10年，在外磁场翻转，热扰动，电流扰动或读写多次操作时，都会造成数据保持能力或者是热稳定性的降低，所以常会采用合成反铁磁层(Synthetic Anti-Ferromagnetic Layer，SyAF)超晶格来实现参考层(Reference Layer，RL)的钉扎。怎样制作，在磁场翻转或电场翻转条件下，具有稳定的翻转场的合成反铁磁层变的日益重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种磁性隧道结结构，以实现参考层钉扎、晶格转换与增强垂直各向异性。

本申请的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本申请提出的一种磁性隧道结结构，由上至下结构包括覆盖层(CappingLayer)、自由层(Free Layer；FL)、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TB)、参考层(Reference Layer，RL)、晶格隔断层(Texture Breaking Layer，TBL)、合成反铁磁层(SyntheticAnti-Ferromagnetic Layer，SyAF)与非晶缓冲层(Non-Crystal BufferLayer，NCBL)，其中，所述合成反铁磁层(SyAF)沉积之前，先沉积晶格促进层(TexturePromotion Layer，TPL)，所述晶格促进层的结构为单层材料膜CrX，或下述按其左右顺序表示自下而上结构的多层材料膜[NiFe/CrX]_n、CrX/Y、[NiFe/CrX]_n/Y,其中，1≤n≤20，X选自Ni，Fe，Co，Ir,Ru，Mg，Al，Si，Sc，Ti，V，Mn，Cu，Zn，Ga，Ge，Y，Zr，Nb，Mo，Tc，Rh，Au，Ag，W，Ta或Hf中至少一者所组成的群组，Y选自Pt，Ru，Hf，Ta，W，Pd，Au，Re，Os，Ir，Rh，Ag，Ni，Cu或它们的合金或它们形成的多层膜；晶格促进层用于引导所述合成反铁磁层的生成，以使所述合成反铁磁层生成时形成面心立方FCC(111)结构并具有垂直各向异性。

本申请解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

在本申请的一实施例中，所述晶格促进层的总厚度为0.5nm～20.0nm。

在本申请的一实施例中，所述晶格促进层为物理气相沉积工艺腔体中进行沉积。

在本申请的一实施例中，在沉积所述晶格促进层时高温条件下进行溅射沉积。

在本申请的一实施例中，所述高温界于150℃～450℃。