[发明专利]磁性隧道结及其制造方法

说明书

本发明提供一种磁性隧道结及其制造方法。所述磁性隧道结包括依次层叠的第一晶种层、第二晶种层、磁固定层、势垒层、磁自由层和覆盖层，其中，所述第一晶种层包含钴、铁的一种或其组合与硼形成的非镍合金，所述第二晶种层包含镍铬合金。本发明利用包含镍铬合金的第二晶种层提高各磁性层的垂直磁各向异性。

技术领域

本发明涉及磁性存储器技术领域，尤其涉及一种磁性隧道结及其制造方法。

背景技术

近年来人们利用磁性隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)的特性做成磁性随机存储器，即为MRAM(Magnetic Random Access Memory)。MRAM是一种新型固态非易失性记忆体，它有着高速读写的特性。铁磁性MTJ通常为三明治结构，其中有自由层，它可以改变磁化方向以记录不同的数据；位于中间的绝缘的势垒层；参考层，位于势垒层的另一侧，它的磁化方向是不变的。当自由层与参考层之间的磁化强度矢量方向平行或反平行时，MTJ元件的电阻态也相应分别为低阻态或高阻态。这样测量MTJ元件的电阻态即可得到存储的信息。

垂直型磁性隧道结(pMTJ，Perpendicular Magnetic Tunnel Junction)即磁矩垂直于衬底表面的磁性隧道结，根据参考层和自由层的相对位置，垂直型磁性隧道结有分为顶部型(参考层在上)和底部型(参考层在下)pMTJ。在pMTJ结构中，由于两个磁性层的垂直磁各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA)比较强(不考虑形状各向异性)，使得其易磁化方向都垂直于层表面。在同样的条件下，pMTJ元件尺寸可以做得比面内型MTJ元件更小，易磁化方向的磁极化误差可以做的很小，并且MTJ元件尺寸的减小使所需的切换电流也可相应减小。

因此，利用PMA的垂直型磁性隧道结pMTJ具有高的热稳定性和低的切换电流，在实际应用中，如何提高pMTJ中各磁性层的PMA以及为pMTJ提供平整的基底，成为一个亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种磁性隧道结及其制造方法，能够提高各磁性层的垂直磁各向异性。

第一方面，本发明提供一种磁性隧道结，包括依次层叠的第一晶种层、第二晶种层、磁固定层、势垒层、磁自由层和覆盖层，其中，

所述第一晶种层包含钴、铁的一种或其组合与硼形成的非镍合金，用于为所述第二晶种层提供平整且晶格匹配的基底；

所述第二晶种层位于所述第一晶种层的顶部表面，且包含镍铬合金；

所述磁固定层与所述第二晶种层相邻，所述磁固定层的磁化方向不变且垂直于所述磁固定层薄膜表面；

所述磁自由层的磁化方向可变且垂直于所述磁自由层薄膜表面；

所述势垒层位于所述磁固定层与所述磁自由层之间；

所述覆盖层位于所述磁自由层顶部表面，用于保护所述磁自由层。

可选地，所述第一晶种层的材料包含CoB、FeB和CoFeB中的一种或几种。

可选地，所述第二晶种层的材料包含NiCr和NiFeCr中的一种或几种。

可选地，所述第一晶种层的厚度介于1-5纳米。

可选地，所述第二晶种层的厚度介于1-10纳米。

可选地，所述磁固定层包括合成反铁磁钉扎层、磁间隔层和磁参考层，其中，

所述合成反铁磁钉扎层采用的结构为[Co/X]n/Co/Y/Co/[X/Co]m，其中X为Ni、Pd或Pt中的一种，X的厚度介于0.2-1.0纳米，Y为Ru或Ir中的一种，Y的厚度介于0.4-0.9纳米，n与m为超晶格层数，n为3-8层，m为0-6层；