[发明专利]磁性隧道结结构及制作方法

说明书

本申请提供一种磁性隧道结结构及制作方法，所述磁性隧道结形成于底电极上，所述底电极位于含有通孔的衬底，所述磁性隧道结由下至上至少包括自由层、势垒层、参考层，其特征在于，所述自由层与所述底电极之间形成有一层不导电的电流阻挡层，所述底电极外围形成有不导电的层间介质层，使得通过所述自由层的电流沿着所述电流阻挡层周围从所述自由层边缘流向所述底电极。本申请通过在自由层下方加入了一层不导电的电流阻挡层与层间介质层，改变了通过自由层的电流方向，变相的增加了自旋极化电子流经自由层的厚度，从而增强了自旋转移力矩的吸收率，即在自由层仍然保持原有厚度和垂直各向异性的条件下，提升磁性随机存储器的存储单元自由层翻转效率，以降低了磁性随机存储器的写电流，也达到降低功耗的效益。

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制作方法。

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，数据保存能力要求是在125℃的条件下可以保存数据十年，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。

磁性随机存储器的自由层厚度多在2奈米以下，实验表明当自由层的厚度较厚时表现为面内各向异性，较薄时，表现为垂直各向异性，过厚的自由层会使垂直磁各向异性消失，器件无法工作。与此同时，过薄的自由层一方面会增大临界翻转电流，另一方面会使隧穿磁阻率(Tunnel Magnetoresistance Ration，TMR)将会降低，这将会增加读操作时候错误率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种通过配置绝缘或低介电常数介质以调节自由层电流的磁性隧道结结构及制作方法。

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，设置于磁性随机存储单元，所述磁性隧道结形成于底电极上，所述底电极位于含有通孔的衬底，所述磁性隧道结由下至上至少包括自由层、势垒层、参考层，其中，所述自由层与所述底电极之间形成有一层不导电的电流阻挡层，所述底电极外围形成有不导电的层间介质层，使得通过所述自由层的电流沿着所述电流阻挡层周围从所述自由层边缘流向所述底电极。

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，所述底电极接触所述自由层的表面形成有凹槽，所述电流阻挡层形成于所述凹槽内。

在本申请的一实施例中，所述电流阻挡层的部分或全部直径长度小于所述底电极与所述自由层的接触范围。

在本申请的一实施例中，所述电流阻挡层的厚度为10-30奈米。

在本申请的一实施例中，所述层间介质层的材料为低介电常数介质。一些实施例中，所述层间介质层的材料为二氧化硅、氮化硅、氧化镁、氧化铝、棚磷硅玻璃或磷硅酸盐玻璃。

本申请的一实施例中，所述电流阻挡层与所述层间介质层的材料相同或相异。