一种MRAM的自由层及其制备方法和MRAM的磁隧道结技术

本发明专利技术属于磁阻器件技术领域，尤其涉及一种MRAM的自由层及其制备方法和MRAM的磁隧道结。本发明专利技术提供的自由层设置于势垒层上，包括至少两层磁性层，相邻磁性层之间设置有耦合层；每层所述磁性层均采用磁控溅射沉积而成；与所述势垒层相接触的磁性层在至少两种不同的磁控溅射功率下沉积形成，且在近势垒层一侧的磁控溅射功率最小。本发明专利技术在传统自由层结构基础上通过降低临近势垒层的磁性层沉积功率，可以在保持磁性层厚度不变的条件下，大幅提升自由层垂直磁各向异性场(H

【技术实现步骤摘要】
一种MRAM的自由层及其制备方法和MRAM的磁隧道结


[0001]本专利技术属于磁阻器件
，尤其涉及一种MRAM的自由层及其制备方法和MRAM的磁隧道结。

技术介绍

[0002]自旋转移力矩磁性随机存储器(Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory，简称STT
‑
MRAM)具有电路设计简单，读写速度快，非易失性等优点。其基本结构为磁隧道结(MTJ)，由自由层、参考层以及夹在两者之间的势垒层构成。其中，参考层的磁化方向固定，器件工作期间不发生翻转；自由层的磁化方向与参考层共线(平行或反平行)。通过利用电子的自旋力矩，将自由层的磁化方向翻转，以实现参考层与自由层磁化方向平行(电阻较低)或反平行(电阻较高)，以此实现写“0”或“1”。
[0003]对自由层而言，MRAM在“0”与“1”之间切换就是通过自由层的翻转来实现，所以自由层越容易翻转(Hc越小)，则所需驱动力(电流/电压)则越小，功耗则越低；但是Hc过小则会存在读电流/热扰动使自由层翻转的风险。因此无论是SRAM
‑
Like的MRAM，还是Flash
‑
Like的MRAM，都对器件在不同温度下的可靠工作提出了一定的要求，这就需要MRAM具有相对较高的Δ根据Δ的计算公式，在自由层材料/结构未有太大改变的前提下，pSTT
‑
MRAM主要与自由层垂直磁各向异性场(H
k
)和体积/厚度(自由层磁性膜厚度)相关，如以下公式所述：
[0004][0005]然而，单纯的增加自由层厚度，则会导致H
k
的降低；而通过厚度来增加H
k
，又会降低磁性膜的厚度。因此，需要一种改进的工艺，在保持磁性膜厚度不变的同时，提升H
k
，以增加数据保持能力(data retention)。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种MRAM的自由层及其制备方法和MRAM的磁隧道结，本专利技术提供的MRAM自由层结构通过降低临近势垒层的磁性层沉积功率，从而可减小界面损伤，提升MRAM的数据保持能力(data retention)。
[0007]本专利技术提供了一种MRAM的自由层，设置于势垒层上，包括至少两层磁性层，相邻磁性层之间设置有耦合层；
[0008]每层所述磁性层均采用磁控溅射沉积而成；
[0009]与所述势垒层相接触的磁性层在至少两种不同的磁控溅射功率下沉积形成，且在近势垒层一侧的磁控溅射功率最小。
[0010]优选的，在所述近势垒层一侧的磁控溅射功率为10～150W。
[0011]优选的，与所述势垒层相接触的磁性层在远势垒层一侧的磁控溅射功率为200～1000W。
[0012]优选的，与所述势垒层相接触的磁性层中在最小磁控溅射功率下沉积的厚度为0.1～0.5nm。
[0013]优选的，每层所述磁性层的总厚度独立的选择为0.6～2.5nm。
[0014]优选的，每层所述磁性层的材料独立的选择为Co、Fe、Co
‑
Fe合金、Fe
‑
B合金、Co
‑
B合金、Co
‑
Fe
‑
B合金或Heusler合金。
[0015]优选的，所述自由层包括依次层叠的第一磁性层、耦合层和第二磁性层；
[0016]所述耦合层的材料为Ir、Ir合金、Ru、Ru合金、W、W合金、Mo、Mo合金、Ta或Ta合金。
[0017]优选的，所述自由层包括依次层叠的第一磁性层、第一耦合层、第二磁性层、第二耦合层、第三磁性层、第三耦合层和四次磁性层；
[0018]所述第一耦合层和第三耦合层的材料独立的选择Ir、Ir合金、Ru、Ru合金、W、W合金、Mo、Mo合金、Ta或Ta合金；
[0019]所述第二耦合层的材料为MgO。
[0020]本专利技术提供了一种上述技术方案所述自由层的制备方法，包括以下步骤：
[0021]采用磁控溅射技术在势垒层上交替沉积若干层磁性层和耦合层，构成自由层；
[0022]其中，与所述势垒层相接触的磁性层在至少两种不同的磁控溅射功率下沉积形成，且在近势垒层一侧的磁控溅射功率最小。
[0023]本专利技术提供了一种磁隧道结，包括依次层叠的参考层、势垒层、自由层和覆盖层，其特征在于，所述自由层为上述技术方案所述的自由层。
[0024]与现有技术相比，本专利技术提供了一种MRAM的自由层及其制备方法和MRAM的磁隧道结。本专利技术提供的自由层设置于势垒层上，包括至少两层磁性层，相邻磁性层之间设置有耦合层；每层所述磁性层均采用磁控溅射沉积而成；与所述势垒层相接触的磁性层在至少两种不同的磁控溅射功率下沉积形成，且在近势垒层一侧的磁控溅射功率最小。本专利技术在传统自由层结构基础上通过降低临近势垒层的磁性层沉积功率，可以在保持磁性层厚度不变的条件下，大幅提升自由层垂直磁各向异性场(H
k
)，减小界面损伤，提升MRAM的数据保持能力(data retention)。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术实施例提供的具有双磁性层结构的自由层的结构示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例1提供的自由层结构示意图；
[0028]图3是本专利技术实施例2提供的自由层结构示意图。
具体实施方式
[0029]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。
[0030]本专利技术提供了一种MRAM的自由层，设置于势垒层上，包括至少两层磁性层，相邻磁性层之间设置有耦合层；
[0031]每层所述磁性层均采用磁控溅射沉积而成；
[0032]与所述势垒层相接触的磁性层在至少两种不同的磁控溅射功率下沉积形成，且在近势垒层一侧的磁控溅射功率最小。
[0033]在本专利技术提供的自由层中，每层所述磁性层的材料独立的优选为Co、Fe、Co
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Fe合金、Fe
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B合金、Co
‑
B合金、Co
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Fe
‑
B合金或Heusler合金；每层所述磁性层的总厚度独立的优选为0.6～2.5nm，具体可为0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、1nm、1.1nm、1.2nm、1.3nm、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MRAM的自由层，设置于势垒层上，其特征在于，包括至少两层磁性层，相邻磁性层之间设置有耦合层；每层所述磁性层均采用磁控溅射沉积而成；与所述势垒层相接触的磁性层在至少两种不同的磁控溅射功率下沉积形成，且在近势垒层一侧的磁控溅射功率最小。2.根据权利要求1所述的自由层，其特征在于，在所述近势垒层一侧的磁控溅射功率为10～150W。3.根据权利要求2所述的自由层，其特征在于，与所述势垒层相接触的磁性层在远势垒层一侧的磁控溅射功率为200～1000W。4.根据权利要求1所述的自由层，其特征在于，与所述势垒层相接触的磁性层中在最小磁控溅射功率下沉积的厚度为0.1～0.5nm。5.根据权利要求1所述的自由层，其特征在于，每层所述磁性层的总厚度独立的选择为0.6～2.5nm。6.根据权利要求1所述的自由层，其特征在于，每层所述磁性层的材料独立的选择为Co、Fe、Co
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Fe合金、Fe
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B合金、Co
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B合金、Co
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F...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙一慧，孟凡涛，简红，宫俊录，
申请(专利权)人：浙江驰拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：