[发明专利]磁性隧道结装置及其制造方法

说明书

本发明提供一种磁性隧道结装置及其制造方法。磁性隧道结装置包含重金属层、安置在重金属层上的自由磁性层以及安置在自由磁性层上的隧道绝缘层。重金属层包含铂(Pt)，自由磁性层包含钴(Co)，自由磁性层的磁化状态具有简易圆锥(cone)状态，自由磁性层具有正一级垂直磁各向异性常数及负二级垂直磁各向异性常数，且隧道绝缘层包含氧化镁(MgO)。根据实例实施例，可通过调整绝缘层的溅镀功率、后退火温度、磁性层的厚度等等来显著改进热稳定特性。或者，可通过形成具有简易圆锥状态的磁性层来显著改进由自旋力矩引起的磁化速度反转。

技术领域

本公开涉及一种磁性隧道结装置，且更具体地说涉及一种包含呈简易圆锥状态的磁性层的磁性隧道结装置及其制造方法。

背景技术

垂直磁各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy；PMA)是与高热稳定特性直接相关的非常重要的特性，高热稳定特性对于磁存储器(magnetic memory；MRAM)及数据保持的高度集成至关重要。PMA可由块体独特特性或薄膜的界面呈现。到目前为止，对PMA的研究已在各种材料中进行，所述材料例如稀土3d过渡金属非晶态合晶，例如CoPd及CoPt等的多层薄膜，以及例如各自具有L1₀结构的FePt、及CoPt的金属间化合物。然而，稀土3d过渡金属非晶态合晶及CoPt(Pd)多层薄膜没有足够的PMA能量密度，且其PMA特性在相对较低的后-退火温度下退化。因此，稀土3d过渡金属非晶态合金及CoPt(Pd)多层薄膜不适合于应用装置。同时，由于具有高PMA能量密度及改进的后-退火稳定性，例如各自具有L1₀结构的FePt及CoPt的金属间化合物已受到广泛关注。然而，例如FePt及CoPt的金属间化合物也不适合用于制造磁存储器的工艺，这是因为建立金属间化合物的高长距离数量级程度需要摄氏600度或大于摄氏600度的极高工艺温度条件。因此，基于Co或CoFeB的重金属层/磁性层/绝缘层的三层薄膜已被广泛使用，这是由于三层薄膜易于制造且具有改进的后-退火稳定性及极高的PMA能量密度级。

通常已知主要用于磁存储器应用的处于纳米级的三层薄膜的垂直磁各向异性(PMA)由于界面特性而具有显著影响。因此，三层薄膜的PMA的特性由其界面状态决定。在重金属层/磁性层/绝缘层的三层薄膜中，由于界面粗糙度或在溅射工艺期间发生的磁性层的氧化，PMA能量密度可能显著降低。

在重金属层/磁性层/绝缘层的三层薄膜中，PMA还可被描述为两种组件的总和。PMA包含一级PMA(first-order PMA)及二级PMA(second-order PMA)。根据两种能量的标志及相对大小，磁性薄膜的易磁化轴(eaxy axis)可具有平面内(in-plane)方向、平面外(out-of-plane)方向以及平面内方向与平面外方向之间的简易圆锥(easy-cone)方向，以及其中平面内方向及平面外方向共存的共存(coexistence)状态。可通过调整界面状态及磁性层的厚度来控制易磁化方向。

发明内容

技术问题

本公开的实例实施例提供一种重金属层/磁性层/绝缘层的三层薄膜，其在后-退火高温下维持高PMA能量密度及其特性而不发生结构倒塌，以实施包含呈简易圆锥(easy-cone)状态的磁性层的磁性隧道结。

本公开的实例实施例提供一种制造重金属层/磁性层/绝缘层的三层薄膜以实施包含呈简易圆锥(easy-cone)状态的磁性层的磁性隧道结的方法。

技术方案

本公开的一方面提供一种磁性隧道结装置，所述磁性隧道结装置包含重金属层、安置在所述重金属层上的自由磁性层以及安置在所述自由磁性层上的隧道绝缘层。所述重金属层包含铂(Pt)，所述自由磁性层包含钴(Co)，自由磁性层的磁化状态具有简易圆锥(cone)状态，自由磁性层具有正一级垂直磁各向异性常数及负二级垂直磁各向异性常数，且所述隧道绝缘层包含氧化镁(MgO)。