磁隧道结自由层、磁存储芯片、及其制造方法技术

本发明专利技术提出了磁性存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)芯片核心器件磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)的自由层的结构以及其制造方法。本发明专利技术提案的自由层由一层以上的铁磁性薄膜层以及夹在所述铁磁性薄膜层所有相邻层之间的耦合叠加层构成。信息写入时，铁磁性薄膜能够分别自旋反转，从而降低信息写入时的能量；同时，因为铁磁性薄膜层的耦合作用，使自由层还能保持很高的热稳定性。从而解决了当前基于MTJ的MRAM大规模应用的主要矛盾、即低信息写入能量与高热稳定性的矛盾。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路中存储器芯片领域，具体涉及的是新一代非挥发性存储器磁性存储器的重要器件磁隧道结的自由层、磁隧道结形成的磁存储芯片以及它们的制造方法。

技术介绍

1、基于金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)的随机存取存储器(比如sram、dram等)的待机能耗(亦即挥发性)随器件的小尺寸化而变得越来越严重。基于自旋电子器件磁隧道结(magnetic tunnel junction，mtj)的磁性存储器(magnetic random accessmemory，mram)因为信息存储时不需要待机耗能，是最有希望在新一代集成电路中大规模应用的存储器芯片。

2、组成mram的mtj由两层铁磁性薄膜(其中一层铁磁性薄膜自旋方向固定称为固定层或者钉扎层，另一层铁磁性薄膜自旋方向可控制翻转用于信息写入称为自由层或者参照层)夹一层绝缘隧穿层(通常为mgo)构成。两层磁性薄膜的自旋方向相反与平行会形成高低电阻态，分别用来存储信息0与1。

3、当前最有可能大规模应用的是使用自旋传输矩(spin transfer torque,stt)方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于磁存储芯片的磁隧道结，其特征在于：自由层由一层以上的铁磁性薄膜层以及夹在所述铁磁性薄膜层所有相邻层之间使相邻铁磁性薄膜层产生耦合的耦合叠加层构成；所述耦合叠加层由两层氧化物耦合层以及夹在所述两层氧化物耦合层之间的磁性插入层构成；所述铁磁性薄膜层都至少含有钴与铁的任一种元素；所述两层氧化物耦合层都为镁的氧化物以及含有铁、钴、镍、锌、硼中至少一种元素的镁的氧化物的任一种组成；所述磁性插入层中含有铁、钴、镍中至少一种元素。

2.如权利要求1所述的磁隧道结中，其特征在于：所述自由层夹在氧化镁薄膜层之间。

3.如权利要求2所述的磁隧道结中，其特征在于：所述磁性插...

【技术特征摘要】

1.一种用于磁存储芯片的磁隧道结，其特征在于：自由层由一层以上的铁磁性薄膜层以及夹在所述铁磁性薄膜层所有相邻层之间使相邻铁磁性薄膜层产生耦合的耦合叠加层构成；所述耦合叠加层由两层氧化物耦合层以及夹在所述两层氧化物耦合层之间的磁性插入层构成；所述铁磁性薄膜层都至少含有钴与铁的任一种元素；所述两层氧化物耦合层都为镁的氧化物以及含有铁、钴、镍、锌、硼中至少一种元素的镁的氧化物的任一种组成；所述磁性插入层中含有铁、钴、镍中至少一种元素。

2.如权利要求1所述的磁隧道结中，其特征在于：所述自由层夹在氧化镁薄膜层之间。

3.如权利要求2所述的磁隧道结中，其特征在于：所述磁性插入层中含有硼、硅、铝、钨、钽、铪、锆、铌、钼、钛、钒、铬、钯、铂等至少一种非磁性元素；所述磁性插入层的厚度小于1纳米。

4.如权利要求2所述的磁隧道结中，其特征在于：所述自由层的俯视图为直径为20纳米到50纳米之间的圆形以及面积在310平方纳米到1960平方纳米之间的非圆形的任一种；所述铁磁性薄膜层的任意相邻铁磁性薄膜层之间的耦合能不大于0.5mj/m2。

5.如权利要求2所述的磁隧道结中，其特征在于：所述耦合叠加层比所述磁隧道结衔接自由层与固定层的绝缘隧穿层厚度大。

6.如权利要求1至5任一所述的用于磁存储芯片的磁隧道结...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶术军，西岡浩一，
申请(专利权)人：北京理工大学长三角研究院嘉兴，
类型：发明
国别省市：