[发明专利]一种信息传感及存储器件及其制备方法

摘要

一种信息传感及存储器件，它为双磁隧道结结构，由下至上依次为底电极、磁隧道结1、非铁磁性金属隔离层、磁隧道结2及顶电极，金属导线位于器件一侧；一种信息传感及存储器件的制备方法，它有五大步骤：步骤一，在衬底上沉积磁性多层膜材料；步骤二，通过超高磁场真空退火设备进行退火，使参考层的磁化方向固定；步骤三，使用光刻、刻蚀及磁控溅射传统纳米器件加工工艺完成双磁隧道结结构的形态制备；步骤四，在双磁隧道结结构外侧沉积绝缘层，通过光刻、刻蚀及镶嵌等工艺在双磁隧道结结构附近配置金属导线；步骤五，利用光刻、刻蚀及镶嵌加工工艺在双磁隧道结结构顶部形成金属电极，用于后的集成或测试。

主权项

一种信息传感及存储器件，其特征在于：它为双磁隧道结结构，由下至上依次为底电极、第一磁隧道结、非铁磁性金属隔离层、第二磁隧道结及顶电极，金属导线位于器件一侧；该第一该磁隧道结用于信息检测，它包含反铁磁金属构成的钉扎层、铁磁金属构成的参考层、氧化物势垒层、铁磁金属构成的自由层；其钉扎层包含混合金属材料铂锰PtMn或铱锰IrMn，厚度范围为0～20nm；其自由层及参考层，包括混合金属材料钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe，且该混合金属材料中各元素组成比例不相同，厚度范围为0～20nm；参考层的磁化方向固定，自由层的磁化方向可变，其自由层的磁化方向在外部磁场信号作用下发生翻转，使器件电阻在高、低之间转换，此时，利用电压源为该器件提供一定大小的电压，则产生的电流幅值也会发生相应改变；其氧化物势垒层包含氧化镁MgO或三氧化二铝Al2O3，厚度范围为0～20nm；由于与存储器相比，传感器在功耗方面通常要求较低，因此第一磁隧道结的氧化物势垒层厚度大于第二磁隧道结的氧化物势垒层厚度；该第二磁隧道结用于信息存储，它包含反铁磁金属构成的钉扎层、铁磁金属构成的参考层、氧化物势垒层、铁磁金属构成的自由层；其钉扎层包括金属材料钴/铂Co/Pt多层膜或金属材料钴/钯Co/Pd多层膜，厚度范围为0～30nm；其自由层及参考层，包括混合金属材料钴铁CoFe、钴铁硼CoFeB或镍铁NiFe，且该混合金属材料中各元素组成比例不相同，厚度范围为0～20nm；参考层的磁化方向固定，自由层的磁化方向可变；其氧化物势垒层包含氧化镁MgO或三氧化二铝Al2O3，厚度范围为0～20nm；如果上述第一磁隧道结调控的注入电流高于第二磁隧道结的临界电流，则其自由层的磁化方向发生翻转，所获得的电阻状态对应数据“1”；否则，电阻状态保持不变，对应数据“0”；该非铁磁性金属隔离层选自金属材料钽Ta或钌Ru中的一种及其组合；该底电极及顶电极选自金属材料Ta、Ru、铝Al、铜Cu、铂Pt、钴Co、氮化铜CuN中的一种及其组合，厚度范围为10～200nm；该金属导线材料包括Ta、Al、Cu、Pt、金Au或铁Fe，可置于所述底电极、磁隧道结或顶电极所处的绝缘层中，绝缘层材料选自二氧化硅SiO2、氮化硅SiN、四乙氧基硅烷TEOS中的一种及其组合。