[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及其磁性存储器，所述磁性隧道结结构包括含掺杂导电材料的镁金属氧化物层形成的势垒层。本申请通过势垒层的掺杂或更进一步的复合设计，在不降低其的厚度的条件下，降低了电阻面积积的同时保持稳定且足够的隧穿磁阻率，非常有利于MRAM电路读/写性能的提升与制作超小型MRAM电路的制作。

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隧道结结构及其磁性随机存储器。

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。磁性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或者是热稳定性，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，比如：应用于汽车电子领域，数据保存能力要求是在125℃或150℃的条件下可以保存数据至少十年，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。

为了提升MRAM的存储密度与满足更高技术节点的CMOS的电路要求，磁性隧道结的关键尺寸(Critical Dimension，CD)越来越小，相对的，磁性隧道结的电阻面积积(Resistance Area Product,RA)也越来越小。在关键尺寸减小的同时，会发现磁性隧道结的热稳定性因子(▽)急剧变差。为提升超小型MRAM单元器件的热稳定性因子(▽)，可以通过降低自由层的厚度，在自由层里添加或把自由层改为低饱和磁化率的材料等一些列措施来增加有效垂直各向异性能量密度，进而维持较高的热稳定性因子(▽)，但磁性隧道结的隧穿磁阻率(Tunnel Magnetoresistance Ratio，TMR)将会降低，进而会增加存储器读操作的错误率。而且，由于低的势垒层厚度，也会降低其击穿(Break down，BD)电压，从而会降低MRAM器件的耐用度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种增强势垒层效能的磁性隧道结结构及其磁性随机存储器。

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隧道结结构，其由上至下结构包括覆盖层(Capping Layer，CL)、自由层(Free Layer，FL)、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)、参考层(Reference Layer，RL)、晶格隔断层(Crystal Breaking Layer，CBL)、反铁磁层(Synthetic Anti-Ferromagnet Layer，SyAF)与种子层(Seed Layer；SL)，其中，所述势垒层为含掺杂铁磁材料的镁金属氧化物层形成。

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，所述含掺杂铁磁材料的镁金属氧化物层为均匀掺杂铁磁材料的镁金属氧化物层。

在本申请的一实施例中，所述势垒层为[氧化镁]_1-aM_a的结构，所述M为镁、铝、硅、钙、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锶、钇、锆、铌、钼、鎝、钌、铑、钯、银、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金或其组合，0a≤20％。所述势垒层是采用对氧化镁靶材掺M来进行溅射沉积，或对氧化镁靶材，M靶进行共溅射沉积。