[发明专利]磁性隧道结结构及磁性随机存储器

权利要求书

1.一种磁性随机存储器的磁性隧道结结构，设置于磁性随机存储单元，所述磁性隧道结由上至下结构包括覆盖层、自由层、势垒层、参考层、晶格隔断层、反铁磁层与种子层，其特征在于，所述自由层包括：

第一自由子层，设置于所述势垒层上，所述第一自由子层为铁磁金属或其合金所形成；

第一垂直各向异性增强层，设置于所述第一自由子层上，为非磁性金属层、其氧化物层、其不完全氧化物层、或其组合所形成的多层组合；

第二自由子层，设置于所述第一垂直各向异性增强层上，由铁磁金属或其合金所形成；

第二垂直各向异性增强层，设置于所述第二自由子层上，为非磁性金属层、其氧化物层、其不完全氧化物层、或其组合所形成的多层组合所形成；

第三自由子层，设置于所述第二垂直各向异性增强层上，由铁磁金属或其合金所形成；

其中，所述第一垂直各向异性增强层和所述第二垂直各向异性增强层分别为所述自由层各提供两个具有强烈垂直各向异性的界面；所述第一自由子层、所述第二自由子层与所述第三自由子层的磁化矢量在所述第一垂直各向异性增强层和所述第二垂直各向异性增强层的作用下永远呈现平行的状态。

2.如权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第一自由子层的总厚度为1.2nm～2.5nm，其组成材料为FeB/(Sc,Ti，V，Cr，Zr，Nb，Hf，Ta,W或Mo)/CoFeB,CoFeB/(Sc,Ti，V，Cr，Zr，Nb，Hf，Ta,W或Mo)/CoFeB,Fe/FeB/(Sc,Ti，V，Cr，Zr，Nb，Hf，Ta,W或Mo)/CoFeB或Fe/CoFeB/(Sc,Ti，V，Cr，Zr，Nb，Hf，Ta,W或Mo)/CoFeB。

3.如权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第一垂直各向异性增强层和所述第二垂直各向异性增强层的材料为金属层W、Mo、Ta、Hf、Zr、Nb、Cr、Mg、Cu、Al或其氧化物层WOx、MoOx、TaOx、HfOx、ZrOx、NbOx、CrOx、MgO、CuOx、AlOx，或其不完全氧化物复合层W-WOx、Mo-MoOx、Ta-TaOx、Hf-HfOx、Zr-ZrOx、Nb-NbOx、Cr-CrOx、Mg-MgO、Cu-CuOx、Al-AlOx，或其组合所形成的多层组合，厚度范围为0.15-0.5nm。

4.如权利要求3所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述不完全氧化物复合层为金属层及其上面的不连续氧化物层，制作方法可为对先溅射的金属层表面进行氧化，形成的氧化物为岛状，即不连续覆盖金属层。

5.权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第二自由子层的总厚度为0.6nm～2.1nm，其形成材料为CoFeB/(Sc,Ti，V，Cr，Zr，Nb，Hf，Ta,W或Mo)/CoFeB，CoB/(Sc,Ti，V，Cr，Zr，Nb，Hf，Ta,W或Mo)/CoB，CoBM或CoFeBM，其中，M为Sc,Ti，V，Cr，Zr，Nb，Hf，Ta,W，Mo或其组合，其比例不超过10％。

6.权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述第三自由子层的总厚度为0.4nm～1.5nm，其形成材料为Co,Fe，CoFe，CoB，FeB，CoFeB，CoBM，FeBM或CoFeBM，其中，M为Sc,Ti，V，Cr，Zr，Nb，Hf，Ta,W，Mo或其组合，其比例不超过10％。

7.权利要求1所述磁性随机存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，在第三自由子层制作完成后对其表面进行等离子体后处理工艺。