[发明专利]磁性随机存储器的磁性隧道结结构

说明书

本申请提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，所述磁性隧道结结构的反铁磁层与底电极之间设置非晶缓冲层与晶态种子层，引导所述反铁磁层的生长而形成面心立方结构，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180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，数据保存能力要求是在125℃的条件下可以保存数据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，所以常会采用反铁磁层(Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF)超晶格来实现参考层(ReferenceLayer，RL)的钉扎。在制作种子层的时候，一般采用加温镀膜技术以提升反铁磁层面心立方FCC晶体的晶向的一致性和均匀性，然而种子层需有一定程度的厚度才能取得高品质的晶向，亦不易取得相对较低的表面粗糙度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，通过引导反铁磁层的晶格形成，实现参考层钉扎、晶格转换、降低/避免“去铁磁耦合”的情形。

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随机存储器的磁性隧道结结构由上至下结构包括自由层(Free Layer，FL)、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)、参考层(ReferenceLayer，RL)、晶格隔断层(Crystal Breaking Layer，CBL)、反铁磁层(Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF)与种子层(Seed Layer；SL)，其中，所述种子层包括：第一种子层，为非晶缓冲层，由非晶态金属或合金形成；第二种子层，为晶态种子层，设置于所述第一种子层上，由高负电性并且为面心立方结构的超晶格金属或合金材料形成；其中，所述晶态种子层引导所述反铁磁层的生长而形成面心立方结构，所述晶格隔断层实现所述反铁磁层与所述参考层的晶格转换和强铁磁耦合(CBL)。

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，所述晶态种子层的材料选自[铜/铝]_n复合多层膜，[铝/铜]_n复合多层膜，[铜/铂]_n复合多层膜,[铝/铂]_n复合多层膜,铜铝合金，铜铂合金，铝铂合金，铜，铬,氧化镁，氧化铝,镁铝氧化物，氧化锌，镁锌氧化物，钬，氧化钛，钛酸锶，钌/银，钌/金，金/钌，金/钌，钌/镍铁钼，钌/镍钨合金或其组合。优选的，所述晶态种子层的总厚度为1.0奈米至20奈米之间。

在本申请的一实施例中，所述晶态种子层通过物理气相沉积工艺腔体中进行沉积。优选的，可以选择在高温条件下，例如：150℃～450℃之间，采用Ne⁺或Ar⁺的低Z离子进行溅射沉积。沉积之后，进行自然冷却到室温，或者进行超低温冷却，优选为100K或200K。