本发明专利技术公开了一种基于镁靶的磁隧道结制备方法，主要解决现有技术制备的磁隧道结中MgO薄膜结晶度低，导致隧穿磁电阻不高的问题。其实现步骤是：先在清洗后的Si衬底基片上淀积一层SiO2薄膜；再在SiO2薄膜上磁控溅射Ta/Ru/Ta/CoFeB金属层；然后利用金属Mg靶，通入3-30sccm的O2，在CoFeB上淀积一层MgO薄膜；最后在MgO薄膜上溅射CoFeB/Ta/Ru金属层，得到磁隧道结结构并置于真空中退火。本发明专利技术制备的磁隧道结具有绝缘层MgO结晶度高，隧穿磁电阻率高的优点，可用于制作自旋存储器。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，主要解决现有技术制备的磁隧道结中MgO薄膜结晶度低，导致隧穿磁电阻不高的问题。其实现步骤是：先在清洗后的Si衬底基片上淀积一层SiO2薄膜；再在SiO2薄膜上磁控溅射Ta/Ru/Ta/CoFeB金属层；然后利用金属Mg靶，通入3-30sccm的O2，在CoFeB上淀积一层MgO薄膜；最后在MgO薄膜上溅射CoFeB/Ta/Ru金属层，得到磁隧道结结构并置于真空中退火。本专利技术制备的磁隧道结具有绝缘层MgO结晶度高，隧穿磁电阻率高的优点，可用于制作自旋存储器。【专利说明】
本专利技术属于微电子
，涉及一种，可用于自旋随机存储器。技术背景近年来，随着微电子工业的爆炸式发展，传统Si基半导体电子器件的特征尺寸进入了微米、纳米数量级。这就要求存储器件除了具有高读取速率和非易失性等特点，还要实现低损耗。同时，工艺兼容性要求许多薄膜微电子器件在Si衬底上具有良好的集成性。作为新一代的存储器，自旋随机存储器不但能提高集成度和读取速度，而且能利用现有的半导体技术与逻辑电路集成，有效地降低互联延迟，实现超低功耗，进而可以推动一种全新的快速休眠和快速唤醒的VLSI系统的研制。铁磁/绝缘/铁磁结构的磁隧道结MTJ因其在室温下表现出巨大的隧穿磁电阻TMR而备受人们关注。可将其应用在磁记录、纳米振荡器、传感器等自旋电子学装置中。1995年，Miyazaki和Tezukad以非晶Al2O3为绝缘势垒层，分别以多晶Fe或CoFe作为铁磁层，室温下TMR值约为20%。随后，Djayaprawira等用磁控溅射法制备出CoFeB/MgO/CoFeB MTJ,其TMR值大于200%。2007年，Lee等在磁控溅射CoFeB/MgO/CoFeB MTJ中得到高达500%的室温TMR值，5K时TMR值可达1010%。MgO由于具有低损耗和高热稳定性，近年来在磁隧道结中作为隧穿层得到广泛应用。在基于CoFeB/MgO/CoFeB磁隧道结的自旋存储单元中，MgO作为隧穿层，其结晶质量直接影响到CoFeB合金铁磁层晶化质量，进而对整个器件的性能产生影响。当前，磁隧道结中MgO薄膜是直接利用MgO靶的磁控溅射淀积得到。由于溅射过程中存在O原子的损耗，到达样品上的O原子少于Mg原子，使得MgO薄膜的结晶度不好，磁隧道结的隧穿磁电阻降低，最终影响到自旋存储器的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种，以提高磁隧道结中MgO薄膜的结晶度，从而增大磁隧道结的隧穿磁电阻，提高自旋存储器的性能。为实现上述目的，本专利技术的制备方法包括以下步骤:I)清洗:对Si衬底基片进行清洗，以去除表面污染；2)生长SiO2:在清洗后的Si衬底基片上淀积一层300-700nm厚的SiO2薄膜；3)淀积金属层:利用磁控溅射法在SiO2薄膜上淀积Ta/Ru/Ta/CoFeB金属层；4)淀积MgO薄膜:利用金属Mg作为靶材，对磁控溅射腔抽真空，然后向该磁控溅射腔中通入一定量的O2和Ar气，在CoFeB上淀积MgO薄膜；5)在MgO薄膜上派射CoFeB/Ta/Ru金属层，形成磁隧道结结构，再放入真空中在200-500°C下退火 30-120min。作为优选，所述步骤I)对Si衬底基片进行清洗，按如下步骤进行:Ia)对Si衬底基片使用ΝΗ40Η+Η202试剂浸泡样品lOmin，取出后烘干，以去除样品表面有机残余物；Ib)将去除表面有机残余物后的Si衬底基片再使用HC1+H202试剂浸泡样品lOmin，取出后烘干，以去除离子污染物。作为优选，所述步骤3)中的Ta/Ru/Ta/CoFeB金属层，其各层厚度分别是:Ta为3-lOnm, Ru 为 5_15nm, Ta 为 3-lOnm, CoFeB 为 3_9nm。作为优选，所述步骤3)和步骤5)中的磁控溅射，其工艺条件为:溅射腔的真空度为5X10_3Pa，腔内温度为30°C，溅射功率为50-110W，溅射过程中通入的Ar气流量为10_50sccmo作为优选，所述步骤4)中的磁控溅射，其工艺条件为:溅射腔的真空度为5 X 10?,腔内温度控制在30-300 °C，通入O2和Ar气的流量分别为3-30sccm和10_50sccmo作为优选,所述步骤4)中淀积的MgO薄膜,其厚度为l_5nm ；作为优选，所述步骤5)中的CoFeB/Ta/Ru金属层，其各层厚度分别是=CoFeB为2_6nm, Ta 为 3-lOnm, Ru 为 3-lOnm。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:1.本专利技术使用金属Mg作为靶材，由于这种靶材不易裂开，故可重复使用；2.本专利技术由于在磁控溅射MgO时通入的O2与Mg反应，提高了生成的MgO的结晶度，保持了自旋电流的相位，且提高了隧穿磁电阻；3.本专利技术由于生成MgO的结晶度得到了提高，从而为MgO薄膜上CoFeB的结晶生长提供了良好的模板，提高了 MgO薄膜上CoFeB的质量。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术制备薄膜的磁控溅射设备示意图；图2是本专利技术制备磁隧道结的结构示意图；图3是本专利技术制备磁隧道结的流程图。【具体实施方式】参照图1，本专利技术制备薄膜的磁控溅射设备主要由磁控溅射腔1，正极2，样品固定台3，靶材固定台4，发射电极5，冷却水循环箱6，磁极7，进气管道8和真空泵9组成。发射电极5接电源负极；两个磁极7形成磁场；通过真空泵9对磁控溅射腔I抽真空；冷却水循环箱6中有冷却水流动降温；待镀膜样品放在样品固定台3上；工作气体从进气管道8通入磁控派射腔I内；祀材固定在祀材固定台4上。参照图2，本专利技术要制备的磁隧道结，包括Si衬底基片1，SiO2薄膜2，Ta金属薄膜层3，Ru金属薄膜层4，CoFeB金属薄膜层5，MgO薄膜层6 ;其中，SiO2薄膜2氧化生长在Si衬底基片I上；Ta金属薄膜层3溅射在SiO2薄膜2上；Ru金属薄膜层4，Ta金属薄膜层3和CoFeB金属薄膜层5依次溅射，形成Ta/Ru/Ta/CoFeB结构铁磁层；Mg0薄膜层6溅射在铁磁层中CoFeB金属薄膜层5上；CoFeB金属薄膜层5磁控溅射在MgO薄膜层6上，Ta金属薄膜层3, Ru金属薄膜层4依次派射,形成CoFeB/Ta/Ru结构铁磁层。参照图3，本专利技术制备磁隧道结的方法给出如下三种实施例。实施例1步骤1:清洗Si衬底基片，以去除表面污染物，如图3 (a)。(1.1)对Si衬底基片使用ΝΗ40Η+Η202试剂浸泡样品lOmin，取出后烘干，以去除样品表面有机残余物；(1.2)将去除表面有机残余物后的Si衬底基片再使用HC1+H202试剂浸泡样品lOmin，取出后烘干，以去除离子污染物。步骤2:生长SiO2薄膜，如图3 (b)。将清洗后的Si衬底基片放入化学气相淀积CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到200Pa，将该反应室温度设为300°C，射频功率为100W，然后向反应室内同时通入流量为400sccm 的 SiH4 和 800sccm 的 N2O,生长一层 300nm 厚的 SiO2 薄膜。步骤3:溅射 Ta/Ru/Ta/CoFeB 金属层，如图 3 (C)。将生长有SiO2薄膜的Si衬底基片置于磁控溅射仪的样品固定台上，对磁控溅射腔抽真空达到5X10_3Pa,将腔内本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于镁靶的磁隧道结制备方法，包括以下步骤： 1）清洗：对Si衬底基片进行清洗，以去除表面污染； 2）生长SiO2：在清洗后的Si衬底基片上淀积一层300‑700nm厚的SiO2薄膜； 3）淀积金属层：利用磁控溅射法在SiO2薄膜上淀积Ta/Ru/Ta/CoFeB金属层； 4）淀积MgO薄膜：利用金属Mg作为靶材，对磁控溅射腔抽真空，然后向该磁控溅射腔中通入一定量的O2和Ar气，在CoFeB上淀积MgO薄膜； 5）在MgO薄膜上溅射CoFeB/Ta/Ru金属层，形成磁隧道结结构，再放入真空中在200‑500℃下退火30‑120min。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉，赵亚秋，张玉明，张义门，娄永乐，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。