MTJ器件的制作方法技术

本发明专利技术提供一种MTJ器件的制作方法，所述方法包括：在衬底上沉积参考层薄膜、势垒层薄膜和自由层薄膜；在所述自由层薄膜上采用射频磁控溅射工艺沉积第一金属氧化物薄膜；在所述第一金属氧化物薄膜上采用直流磁控溅射工艺沉积第一金属薄膜；对所述第一金属薄膜进行氧化处理，以形成第二金属氧化物薄膜。本发明专利技术能够在自由层薄膜和第一金属氧化物薄膜之间形成均匀氧化的界面结构，使得自由层的矫顽力比较均匀。

【技术实现步骤摘要】
MTJ器件的制作方法
本专利技术涉及磁性存储器
，尤其涉及一种MTJ器件的制作方法。
技术介绍
自旋转移力矩磁性随机存储器(SpinTransferTorqueMagneticRandomAccessMemory，简称STT-MRAM)是一种新型非易失存储器，其核心存储单元为磁性隧道结(MTJ器件)。典型的MTJ器件主要由参考层、绝缘势垒层和自由层组成，其中参考层的磁化方向保持不变，仅改变自由层的磁化方向使之与参考层同向或反向。当参考层与自由层的磁化方向相同时，MTJ器件表现为低电阻状态(Rp)；而当参考层与自由层磁化方向相反时，MTJ器件表现为高电阻状态(Rap)。MRAM分别利用MTJ器件的Rp状态和Rap状态来表示逻辑状态“1”和“0”，从而实现数据的存储。MRAM的存储单元普遍采用垂直磁化MTJ(p-MTJ)，p-MTJ的自由层和参考层磁化方向均垂直于薄膜表面。随着p-MTJ尺寸的缩小，为保证p-MTJ器件中数据能够长时间保存，需要在自由层顶部增加一层氧化物覆盖层(如MgO)，来增强自由层与势垒层和氧化物覆盖层之间界面的垂直磁各向异性(PMA)，从而增强自由层的热稳定性。目前制作MTJ器件的氧化物覆盖层，普遍选用金属氧化的方式，在自由层上先沉积一层金属，然后通入O2使得金属氧化，形成氧化物覆盖层。这种方法存在的问题是，很难保证金属均匀氧化，特别是在金属层与自由层的界面处的氧化程度难以保证均匀性，在刻蚀成器件后，导致自由层的矫顽力(Hc)分布较大，影响器件良率。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种MTJ器件的制作方法，能够提高MTJ器件自由层矫顽力的均一性，从而提高器件良率。本专利技术提供一种MTJ器件的制作方法，包括：在衬底上沉积参考层薄膜、势垒层薄膜和自由层薄膜；在所述自由层薄膜上采用射频磁控溅射工艺沉积第一金属氧化物薄膜；在所述第一金属氧化物薄膜上采用直流磁控溅射工艺沉积第一金属薄膜；对所述第一金属薄膜进行氧化处理，以形成第二金属氧化物薄膜。可选地，所述射频磁控溅射工艺的条件为：沉积功率为200～400W，压力为5～10mTorr，Ar流量为20～50sccm，沉积速率为0.005～0.01A/s。可选地，所述直流磁控溅射工艺的条件为：沉积功率为200～600W，压力为6～20mTorr，Ar流量为25～40sccm，沉积速率为0.008～0.02A/s。可选地，所述对所述第一金属薄膜进行氧化处理，包括：通入氧气(O2)使所述第一金属薄膜发生氧化，或者，利用等离子体产生的氧原子使所述第一金属薄膜发生氧化。可选地，所述第一金属氧化物薄膜的材料包括MgO、AlOx、MgAlOx、TiOx、TaOx、GaOx和FeOx中的一种，厚度为0.1～0.5nm。可选地，用于形成所述第二金属氧化物薄膜的所述第一金属薄膜的材料包括Mg、Al、Ti、Ta、Ga和Fe中的一种，厚度为0.3～1nm。可选地，所述方法还包括：在所述第二金属氧化物薄膜上采用直流磁控溅射工艺沉积第二金属薄膜，或者，在所述第二金属氧化物薄膜上采用射频磁控溅射工艺沉积第三金属氧化物薄膜并在所述第三金属氧化物薄膜上采用直流磁控溅射工艺沉积第二金属薄膜。可选地，所述第二金属薄膜的材料包括Mg、Al、Ti、Ta、Ga和Fe中的一种。可选地，所述第二金属薄膜的厚度为0.1～0.5nm。本专利技术提供的一种MTJ器件的制作方法，先采用射频磁控溅射工艺在自由层薄膜上沉积一层金属氧化物薄膜，由于射频磁控溅射沉积的金属氧化物薄膜可以很好地控制金属和氧原子的比例以及氧原子的均匀性，使得自由层与氧化物覆盖层之间形成氧化均匀的界面结构，较好地控制界面处的氧原子含量，形成均匀分布的杂化键，在刻蚀成器件后，有利于提高器件矫顽力(Hc)的均一性，从而提高器件良率。同时，在射频磁控溅射沉积的金属氧化物的基础上利用直流磁控溅射沉积一层金属，然后再氧化，改用该方法可降低器件RA，同时在较大范围内调节自由层的垂直磁各向异性(Hk)。附图说明图1为本专利技术一实施例的MTJ器件的制作方法的流程示意图；图2A-图2E为本专利技术一实施例的MTJ器件的制作方法的各步骤器件结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术一实施例提供一种MTJ器件的制作方法，如图1所示，所述方法包括：S101、在衬底上沉积参考层薄膜、势垒层薄膜和自由层薄膜；S102、在所述自由层薄膜上采用射频磁控溅射工艺沉积第一金属氧化物薄膜；S103、在所述第一金属氧化物薄膜上采用直流磁控溅射工艺沉积第一金属薄膜；S104、对所述第一金属薄膜进行氧化处理，以形成第二金属氧化物薄膜。如图2A所示，在衬底(未图示)上依次沉积参考层薄膜201、势垒层薄膜202和自由层薄膜203，可以使用物理气相沉积或者化学气相沉积。本实施例中，可以选择任何满足MTJ器件参考层性能要求的材料作为参考层薄膜201的材料。例如可以选择Co、Ni、Fe、CoFe、CoNi、NiFe、CoFeNi、CoB、FeB、CoFeB、NiFeB、Pt、Pd、PtPd、FePt、Ir、Re、Rh、B、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W与Hf中的一种或多种。参考层薄膜201通常是多层膜结构，需要调节各层薄膜的种类和厚度使其磁化方向垂直于其界面，且每层膜结构的厚度均在0.1～1.5nm之间。本实施例中，可以选择任何满足MTJ器件绝缘势垒层性能要求的材料作为绝缘势垒层202的材料。例如可以选择MgO、AlOx、MgAlOx、TiOx、TaOx、GaOx与FeOx中的一种或几种。实际制备过程中这些氧化物的氧含量是有波动的，所以用x表示一个分子里氧原子与其他原子的个数比。绝缘势垒层202的厚度在0.2～2nm之间。这样可以实现较低的MTJ结电阻(RA)，同时保证高的TMR值。本实施例中，可以选择任何满足MTJ器件自由层性能要求的材料作为自由层203的材料。例如可以选择Co、Fe、Ni、CoB、FeB、NiB、CoFe、NiFe、CoNi、CoFeNi、CoFeB、NiFeB、CoNiB、CoFeNiB、FePt、FePd、CoPt、CoPd、CoFePt、CoFePd、FePtPd、CoPtPd与CoFePtPd中的一种或几种。如图2B所示，在自由层薄膜203上采用射频磁控溅射工艺沉积第一金属氧化物薄膜204。为了保证较好的沉积效果，本申请的一个实施例中，射频磁控溅射工艺沉积功率为200～400W，压力为5～10mTorr，Ar流量为20～50sc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MTJ器件的制作方法，其特征在于，所述方法包括：/n在衬底上沉积参考层薄膜、势垒层薄膜和自由层薄膜；/n在所述自由层薄膜上采用射频磁控溅射工艺沉积第一金属氧化物薄膜；/n在所述第一金属氧化物薄膜上采用直流磁控溅射工艺沉积第一金属薄膜；/n对所述第一金属薄膜进行氧化处理，以形成第二金属氧化物薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种MTJ器件的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底上沉积参考层薄膜、势垒层薄膜和自由层薄膜；
在所述自由层薄膜上采用射频磁控溅射工艺沉积第一金属氧化物薄膜；
在所述第一金属氧化物薄膜上采用直流磁控溅射工艺沉积第一金属薄膜；
对所述第一金属薄膜进行氧化处理，以形成第二金属氧化物薄膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射频磁控溅射工艺的条件为：沉积功率为200～400W，压力为5～10mTorr，Ar流量为20～50sccm，沉积速率为0.005～0.01A/s。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流磁控溅射工艺的条件为：沉积功率为200～600W，压力为6～20mTorr，Ar流量为25～40sccm，沉积速率为0.008～0.02A/s。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一金属薄膜进行氧化处理，包括：通入氧气(O2)使所述第一金属薄膜发生氧化，或者，利用等离子体产生的氧原子使所述第一金...

【专利技术属性】
技术研发人员：简红，
申请(专利权)人：浙江驰拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33