磁隧道结及其形成方法、磁存储器技术

本发明专利技术提供一种磁隧道结及其形成方法、磁存储器，该磁隧道结从下到上依次包括：第一铁磁层、氧化物势垒层、第二铁磁层以及第一体磁各向异性铁磁层；所述第二铁磁层和所述第一体磁各向异性铁磁层作为所述磁隧道结的自由层；所述第一铁磁层作为所述磁隧道结的参考层；其中，所述第一体磁各向异性铁磁层由体垂直磁各向异性的铁磁材料形成。其中，通过在第二铁磁层上设置由体垂直磁各向异性的铁磁材料形成的第一体磁各向异性铁磁层，第一体磁各向异性铁磁层与第二铁磁层实现层间耦合，提高了磁隧道结的体垂直磁各向异性常数，使得磁隧道结具有强垂直磁各向异性和高热稳定性，当磁隧道结尺寸较小时，热稳定性依然能够得到保障。

Magnetic tunnel junction and its forming method, magnetic memory

【技术实现步骤摘要】
磁隧道结及其形成方法、磁存储器
本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种磁隧道结及其形成方法、磁存储器。
技术介绍
磁存储器(MagneticRandomAccessMemory，简称MRAM)的基本存储单元为磁隧道结(MagneticTunnelJunction,简称MTJ)。磁隧道结的核心部分是由两个铁磁层夹着一个隧穿势垒层而形成的三明治结构，其中一个铁磁层磁化方向不变，被称为参考层。另一个铁磁层被称为自由层，它的磁化方向与参考层平行或反平行时，磁隧道结分别处于低阻或高阻态。两个阻态可分别代表二进制数据“0”和“1”。为了使磁隧道结中的数据能够保存足够长的时间，自由层需要较高的热稳定性，自由层的热稳定性可以用热稳定因子△(ThermalStabilityFactor)来衡量，其中，△＝HKMSV/2KBT，HK是各向异性场，MS是饱和磁化强度，V是自由层体积，KB是玻尔兹曼常数，T是温度。通过上式可以看出，当自由层的磁各向异性较弱时，器件的热稳定性较低，当自由层的磁各向异性较强时，器件的热稳定性较高；同时，当磁各向异性不变时，热稳定性随着器件尺寸减小而降低。工业上一般要求磁隧道结的自由层的热稳定因子高于60，从而保证数据的稳定存储。磁各向异性的来源有界面磁各向异性、体磁晶各向异性以及形状磁各向异性，有效磁各向异性常数Kb表示体磁晶各向异性常数，Ki表示界面磁各向异性常数，tCoFeB表示钴铁硼(CoFeB)自由层的厚度，Ms是饱和磁化强度，Nz和Nx,y分别是垂直方向和面内方向的退磁因子，代表形状各向异性。目前，随着集成化的发展，对于半导体器件体积提出了进一步小型化的需求，当磁隧道结尺寸较小时，热稳定性低。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种磁隧道结及其形成方法、磁存储器，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，提供一种磁隧道结，从下到上依次包括：第一铁磁层、氧化物势垒层、第二铁磁层以及第一体磁各向异性铁磁层；所述第二铁磁层和所述第一体磁各向异性铁磁层作为所述磁隧道结的自由层；所述第一铁磁层作为所述磁隧道结的参考层；其中，所述第一体磁各向异性铁磁层由体垂直磁各向异性的铁磁材料形成。进一步地，磁隧道结还包括：第二体磁各向异性铁磁层；所述第二体磁各向异性铁磁层设置在所述第一铁磁层的下面，由体垂直磁各向异性的铁磁材料形成。进一步地，所述体垂直磁各向异性的铁磁材料包括：铁铂、锰镓、锰铝、铁钯、钐钴中的一种或几种的组合。进一步地，所述第一体磁各向异性铁磁层的厚度为1～10nm。进一步地，磁隧道结还包括：钉扎层；所述钉扎层设置在所述第一铁磁层的下面。进一步地，磁隧道结还包括：缓冲层；所述缓冲层设置在所述第一铁磁层的下面。进一步地，磁隧道结还包括：覆盖层；所述覆盖层设置在所述第一体磁各向异性铁磁层的上面，用于防止所述第一体磁各向异性铁磁层氧化。进一步地，磁隧道结还包括：保护层；所述保护层设置在所述第一体磁各向异性铁磁层的上面，用于保护所述第一体磁各向异性铁磁层。第二方面，提供一种磁隧道结的形成方法，包括：提供一基底；形成一第一铁磁层于所述基底上；形成一氧化物势垒层于所述第一铁磁层上；形成一第二铁磁层于所述氧化物势垒层上；形成一第一体磁各向异性铁磁层于所述第二铁磁层上；其中，所述第一体磁各向异性铁磁层由体垂直磁各向异性的铁磁材料形成。第三方面，提供一种磁存储器，包括如上述的磁隧道结。本专利技术提供的磁隧道结及其形成方法、磁存储器，该磁隧道结从下到上依次包括：第一铁磁层、氧化物势垒层、第二铁磁层以及第一体磁各向异性铁磁层；所述第二铁磁层和所述第一体磁各向异性铁磁层作为所述磁隧道结的自由层；所述第一铁磁层作为所述磁隧道结的参考层；其中，所述第一体磁各向异性铁磁层由体垂直磁各向异性的铁磁材料形成。其中，通过在第二铁磁层上设置由体垂直磁各向异性的铁磁材料形成的第一体磁各向异性铁磁层，第一体磁各向异性铁磁层与第二铁磁层实现层间耦合，提高了磁隧道结的体垂直磁各向异性常数，使得磁隧道结具有强垂直磁各向异性和高热稳定性，当磁隧道结尺寸较小时，热稳定性依然能够得到保障。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图一；图2为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图二；图3为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图三；图4为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图四；图5为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图五；图6为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图六；图7为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图七；图8为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图八；图9为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图九；图10为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图十；具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。以下在实施方式中详细叙述本专利技术的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员，了解本专利技术的
技术实现思路
并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及图式，任何本领域技术人员可轻易地理解本专利技术相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本专利技术的观点，但非以任何观点限制本专利技术的范畴。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。磁隧道结中铁磁层的易磁化轴方向可以平行于薄膜平面方向，也可以垂直于薄膜平面方向，分别被称为面内磁各向异性(In-planeMagneticAnisotropy,IMA)和垂直磁各向异性(PerpendicularMagneticAnisotropy,PMA)。本专利技术提供一种包含体垂直磁各向异性材料的磁隧道结，通过具有强体磁晶各向异性的材料和铁磁层之间进行层间耦合来获得强垂直磁各向异性，使得磁隧道结的垂直磁各向异性强、热稳定性高、尺寸小、隧穿磁阻率高。图1为本专利技术实施例中磁隧道结的结构图一。如图1所示，该磁隧道结从下到上依次包括：铁磁层10、氧化物势垒层20、铁磁层30以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁隧道结，其特征在于，从下到上依次包括：第一铁磁层、氧化物势垒层、第二铁磁层以及第一体磁各向异性铁磁层；/n所述第二铁磁层和所述第一体磁各向异性铁磁层作为所述磁隧道结的自由层；所述第一铁磁层作为所述磁隧道结的参考层；/n其中，所述第一体磁各向异性铁磁层由体垂直磁各向异性的铁磁材料形成。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁隧道结，其特征在于，从下到上依次包括：第一铁磁层、氧化物势垒层、第二铁磁层以及第一体磁各向异性铁磁层；
所述第二铁磁层和所述第一体磁各向异性铁磁层作为所述磁隧道结的自由层；所述第一铁磁层作为所述磁隧道结的参考层；
其中，所述第一体磁各向异性铁磁层由体垂直磁各向异性的铁磁材料形成。


2.根据权利要求1所述的磁隧道结，其特征在于，还包括：第二体磁各向异性铁磁层；
所述第二体磁各向异性铁磁层设置在所述第一铁磁层的下面，由体垂直磁各向异性的铁磁材料形成。


3.根据权利要求1或2所述的磁隧道结，其特征在于，所述体垂直磁各向异性的铁磁材料包括：铁铂、锰镓、锰铝、铁钯、钐钴中的一种或几种的组合。


4.根据权利要求1所述的磁隧道结，其特征在于，所述第一体磁各向异性铁磁层的厚度为1～10nm。


5.根据权利要求1所述的磁隧道结，其特征在于，还包括：钉扎层；
所述钉扎层设置在所述第一铁磁层的下面。

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【专利技术属性】
技术研发人员：赵巍胜，彭守仲，芦家琪，熊丹荣，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11