[发明专利]提升磁垂直各向异性的磁性隧道结及磁性随机存储器

说明书

本申请提供一种提升磁垂直各向异性的磁性隧道结结构及磁性随机存储器，所述磁性隧道结结构包括三亚层的多层材料结构形成的覆盖层。本申请通过多层覆盖层结构设计及其工艺，增加来源于覆盖层与自由层界面效应的自由层磁垂直各向异性，并可在结电阻面积积缩小的前提下，保持相对较高的隧穿磁阻率，同时避免覆盖层在沉积或/和退火工艺中，被沉积的金属穿过覆盖层，而到达自由层/底部覆盖层的界面，以保持热稳定性。

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，例如：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。在磁性隧道关键尺寸减小的同时，要求保证足够高的隧穿磁阻率(Tunnel Magnetoresistance Ratio，TMR)，以保证较高的读取速度；也要求足够高的热稳定因子(Thermal Factor)，以保证器件的可靠性。由于磁性隧道结的关键尺寸的减小，与之成正比关系的热稳定因子不可避免地随之减小。同时为了减小RA，通常会减小氧化物势垒层的厚度，相应地也会减小氧化物覆盖层的厚度，但晶体结构会急剧变差，后续沉积的金属覆盖层，容易在沉积或/和后续的退火工艺中，穿过覆盖层而到达自由层与覆盖层的界面，影响MTJ单元结构的界面特性，使热稳定性变差。上述原因极大地制约了MRAM针对更高技术节点的CMOS的电路要求的发展。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种的多层覆盖层的磁性隧道结结构及磁性随机存储器。

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。