[发明专利]一种铁磁/氧化物多层膜的制备方法及铁磁/氧化物多层膜

说明书

本申请提供的铁磁/氧化物多层膜的制备方法，对Ta和Co₄₀Fe₄₀B₂₀的表面进行清洗，在基片上依次沉积所述Ta₂O₅、Ta、Co₄₀Fe₄₀B₂₀、MgO及Ta，从而形成Ta₂O₅/Ta/Co₄₀Fe₄₀B₂₀/MgO/Ta的薄膜体系，在真空环境下，对所述薄膜体系进行热处理，重复上述步骤得到所述铁磁/氧化物多层膜，本申请提供的铁磁/氧化物多层膜的制备方法，通过在多层膜最底层插入同质氧化物来达到减弱原子扩散的目的，可以有效调控多层膜界面氧迁移程度的变化，获得适度且有益的Fe‑O轨道杂化状态，从而优化CoFeB/MgO界面处Fe 3d和O 2p轨道耦合作用，导致了很好的垂直磁各向异性热稳定性，上述制备工艺简单、控制方便、效率高、成本低等优点。

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，具体涉及一种铁磁/氧化物多层膜的制备方法及铁磁/氧化物多层膜。

背景技术

近几年，相比于传统的稀土/过渡族金属合金(TbFeCo、GdFeCo、SmCo)、L10有序相(Co,Fe)–Pt合金及Co/(Pd,Pt)多层膜，基于铁磁/氧化物(CoFeB/MgO)结构的垂直磁性隧道结，由于同时具有较高的隧道磁电阻、较低的磁阻尼系数和较低的临界磁化反转电流密度等特点，成为目前磁性隧道结的主流。然而，以CoFeB/MgO结构为核心单元的的STT-MRAM或逻辑器件为了能更好地与CMOS集成电路制造工艺兼容，工业上进行应用必须要经过退火热处理。

采用了Ta作为底层的CoFeB/MgO基PMA薄膜虽然具有较多的优势，但是若作为STT-MRAM或逻辑器件的核心单元并且量产仍然面临着许多问题，尤其是其热稳定性。大量研究表明，当退火温度在300℃以上时，Ta/CoFeB/MgO结构薄膜的PMA会因为Ta原子的严重扩散急剧降低。半导体制造工艺包含许多工序，其中很多都需要进行热处理，一般在350℃左右。显然，在承受高温热处理方面，Ta/CoFeB/MgO结构薄膜的表现离其大规模实用化还有一定的差距。因此，关于CoFeB基垂直磁各向异性薄膜热稳定性的研究已成为当今自旋电子学材料研究领域的一个较为广泛的关注点。

目前有两种可能的增加器件PMA热稳定性的方法：一是使用热稳定的PMA底层材料，比如：用Mo、W等替换Ta底层时，其结构的PMA会得到一定提升，但是同样地在高温退火后，底层仍然会扩散到CoFeB/MgO界面。二是阻挡Ta的扩散。

发明内容

鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种使得铁磁/氧化物薄膜的热稳定性得到提升和优化的铁磁/氧化物多层膜的制备方法及铁磁/氧化物多层膜。

为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种铁磁/氧化物多层膜的制备方法，包括下述步骤：

对Ta和Co₄₀Fe₄₀B₂₀的表面进行清洗；

在基片上依次沉积Ta₂O₅、Ta、Co₄₀Fe₄₀B₂₀、MgO及Ta，从而形成Ta₂O₅/Ta/Co₄₀Fe₄₀B₂₀/MgO/Ta的薄膜体系；

在真空环境下，对所述薄膜体系进行热处理；

重复上述步骤得到所述铁磁/氧化物多层膜。