CN105280809B - 一种磁隧道结及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁隧道结及其制备方法。磁隧道结包括第一电极层，以及依次形成在第一电极层上的第一磁性层、绝缘隧穿层、第二磁性层和第二电极层；第一磁性层和第二磁性层至少其中之一为CoFe(R)/FePt结构；CoFe(R)/FePt结构由CoFe(R)层和FePt层叠加而成，CoFe(R)层较FePt层靠近所述绝缘隧穿层；CoFe(R)层的材料为掺入R的CoFe，R为B、Al和Ni至少其中之一。本发明的磁隧道结能兼顾器件的小尺寸化、高热稳定性及与CMOS工艺的兼容性，因而能广泛应用于传感器、存储装置和逻辑计算装置中。
Description
技术领域
本发明属于微电子器件技术领域，更具体地，涉及一种磁隧道结及其制备方法。
背景技术
当材料尺度和传导电子的物理特征长度相当时，出现一系列特殊性能的磁性材料，如巨磁阻材料、磁性半导体材料等。1988年人们在磁性金属多层膜中发现磁场下其电阻变化达50％，故称为巨磁阻效应(Giant Magneto Resistance,GMR)。基于此效应，20世纪90年代发展了应用材料—GMR自旋阀。受GMR的鼓舞，1995年人们在磁性隧道结中实现室温下巨大的隧穿磁电阻效应(Tunnel Magneto Resistance,TMR)。磁隧道结的基本结构为由自由层、隧穿层和参照层组成的三明治结构。其中自由层和参照层为磁性材料，参照层的磁化方向是固定的，而自由层的磁化方向可以改变。磁隧道结中的隧穿磁电阻效应使得可以通过改变器件单元的自由层相对于参照层的磁化方向在单元中产生高、低两个阻态。器件在自由层与参照层的磁化方向相同时为低阻态，而在磁化方向相反时为高阻态。基于这样一种隧穿磁电阻效应，磁隧道结在微电子器件与芯片中具有广泛的应用，能用于传感器、高性能存储与逻辑计算等领域。
然而，半导体技术的发展趋势使器件尺寸不断小型化，进而对器件性能提出了更大的挑战。由于垂直磁各向异性的隧道结相比面内磁各向异性的隧道结具有更小的尺寸和更低的功耗，因而垂直磁各向异性的隧道结更能适应器件尺寸小型化的需求。但是在小尺寸下热扰动对磁性材料的影响十分突出，对于垂直磁各向异性磁隧道结而言就会表现在自由层和参照层磁化方向的稳定性会随尺寸的减小而降低。倘若无法克服热扰动的影响，磁隧道结器件将无法保持其电阻状态而失效。为了满足应用要求，垂直磁各向异性磁隧道结中自由层和参照层的热稳定因子Δ需要满足：其中，KU为磁各向异性能，V为磁隧道结自由层与参照层体积，kB为波尔兹曼常数，T为开氏温度。然而，器件小尺寸化的增加导致单元体积V减小，使得目前已有材料的磁各向异性能大小无法满足热稳定性需求，导致器件小尺寸化中需要使用到具有高垂直磁各向异性(PMA)的材料体系(KU>106erg/cm3)。目前高垂直磁各向异性的材料体系有：非晶稀土/过渡金属合金、L10(Co,Fe)Pt合金(KU>107erg/cm3)、Co/(Pd,Pt)多层膜体系(KU～106erg/cm3)、CoFeB-MgO体系(KU略小于106erg/cm3)等。但这些材料体系都很难兼具高热稳定性、高性能、并与COMS的兼容性好。其中，非晶稀土/过渡金属合金自旋极化率低，阻尼系数大，方形比不好，不适用于磁隧道结；L10(Co,Fe)Pt合金的退火温度高，时间长(其典型的退火处理为600℃/h)，与CMOS工艺的兼容性差(典型的与CMOS工艺兼容的退火处理工艺为低温快速退火处理，退火温度越低、时间越短，能更有效地防止CMOS器件性能退化)；Co/(Pd,Pt)多层膜体系与当今成熟的CoFe/MgO-MTJ的立方晶格体系不匹配，导致器件信噪比降低；CoFeB-MgO体系制备条件苛刻(膜厚精确到0.2nm)，磁各向异性较低。
因此，有必要提供一种能兼顾小尺寸器件、高热稳定性及与现有CMOS工艺兼容性好的新型磁隧道结单元。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种磁隧道结，具有垂直磁各向异性，能兼顾器件的小尺寸化、高热稳定性及与CMOS工艺的兼容性，由此解决现有技术中磁隧道结器件不能同时兼顾小器件尺寸、热稳定性及与CMOS工艺的兼容性的技术问题，因而能广泛应用于传感器、存储装置和逻辑计算装置中。本发明还提供了该磁隧道结的制备方法。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种磁隧道结，包括第一电极层，以及依次形成在所述第一电极层上的第一磁性层、绝缘隧穿层、第二磁性层和第二电极层；所述第一磁性层和所述第二磁性层至少其中之一为CoFe(R)/FePt结构；所述CoFe(R)/FePt结构由CoFe(R)层和FePt层叠加而成，CoFe(R)层较FePt层靠近所述绝缘隧穿层；所述CoFe(R)层的材料为掺入R的CoFe，R为B、Al和Ni至少其中之一。
优选地，所述CoFe(R)层的厚度为1～5nm，所述FePt层的厚度为1～6nm。
优选地，上述磁隧道结还包括形成于所述第一电极层和所述第一磁性层之间的种子层和/或形成于所述第二电极层和所述第二磁性层之间的覆盖层。
优选地，上述磁隧道结还包括形成于所述第一电极层和所述第一磁性层之间的第三磁性层。
优选地，上述磁隧道结还包括形成于所述第二电极层和所述第二磁性层之间的第四磁性层。
优选地，上述磁隧道结还包括形成于所述第一电极层和所述第一磁性层之间的反铁磁层。
优选地，上述磁隧道结还包括形成于所述第一磁性层和所述绝缘隧穿层之间的铁磁耦合层，所述铁磁耦合层由第五磁性层和金属层叠加而成，所述第五磁性层较所述金属层靠近所述绝缘隧穿层，所述第一磁性层与所述第五磁性层通过所述金属层形成反铁磁耦合结构。
按照本发明的另一方面，提供了一种上述磁隧道结的制备方法，在完成包括第一电极层、第一磁性层、绝缘隧穿层、第二磁性层和第二电极层在内的结构单元的制备后，在300～500℃下退火处理5～10min，得到磁隧道结。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：采用基于CoFe(R)/FePt的垂直磁化结构，与传统的垂直磁化结构不同，CoFe(R)/FePt垂直磁化结构的垂直磁化起源于CoFe(R)膜和FePt膜界面的磁各向异性，具有高垂直磁各向异性，磁隧道结能兼顾器件的小尺寸化与高热稳定性，此外，磁隧道结的退火温度低，退火时间显著缩短，能很好地与CMOS工艺兼容。
附图说明
图1是本发明一个实施例的磁隧道结的结构示意图；
图2是CoFe(R)/FePt结构的示意图；
图3是本发明又一个实施例的磁隧道结的结构示意图；
图4是本发明又一个实施例的磁隧道结的结构示意图；
图5是本发明又一个实施例的磁隧道结的结构示意图；
图6是本发明又一个实施例的磁隧道结的结构示意图；
图7是本发明实施例及比较例制得的CoFe(R)/FePt结构的磁滞回线；
图8是本发明实施例制得的CoFe(R)/FePt结构的转矩曲线。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：10-第二电极层，11-第一电极层，20-第二磁性层，21-第五磁性层，30-绝缘隧穿层，40-第一磁性层，41-CoFe(R)层，42-FePt层，50-金属层，51-铁磁耦合层，60-覆盖层，61-种子层，70-基片，80-反铁磁层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例的磁隧道结包括：第一电极层11，以及依次形成在第一电极层11上的第一磁性层40、绝缘隧穿层30、第二磁性层20和第二电极层10；第一磁性层40和第二磁性层20至少其中之一为CoFe(R)/FePt结构。具体地，绝缘隧穿层30的材料为氧化镁、氧化铝、氮化铝或氮氧化铝。
如图2所示，CoFe(R)/FePt结构由CoFe(R)层41和FePt层42叠加而成，CoFe(R)层41较FePt层42靠近绝缘隧穿层30。其中，CoFe(R)层41的材料为掺入R的CoFe，R为B、Al和Ni至少其中之一。具体地，FePt为A1相，A1相的FePt不需要通过高温长时间退火获得，因而能解决与CMOS热处理工艺兼容性的问题。
优选地，CoFe(R)层41的厚度为1～5nm，FePt层42的厚度为1～6nm。CoFe(R)/FePt结构中CoFe(R)层的厚度能达到5nm，大于自旋电子平均自由层，能够提供更高的自旋极化率，足以保证产生高的自旋极化电流。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，上述磁隧道结还包括形成于第一电极层11和第一磁性层40之间的种子层61和/或形成于第二电极层10和第二磁性层20之间的覆盖层60。具体地，种子层61和覆盖层60各自独立地为Ru和/或Ta形成的金属薄膜。
在本发明的另一个实施例中，上述磁隧道结还包括形成于第一电极层11和第一磁性层40之间的第三磁性层，更进一步地，上述磁隧道结还包括形成于第二电极层10和第二磁性层20之间的第四磁性层。
如图4所示，在本发明的另一个实施例中，上述磁隧道结还包括形成于第一电极层11和第一磁性层40之间的反铁磁层80。
如图5所示，在本发明的另一个实施例中，上述磁隧道结还包括形成于第一磁性层40和绝缘隧穿层30之间的铁磁耦合层51，铁磁耦合层51由第五磁性层21和金属层50叠加而成，第五磁性层21较金属层50靠近绝缘隧穿层30，第一磁性层40与第五磁性层21通过金属层50形成反铁磁耦合结构。具体地，金属层50为Ru和/或Ta形成的金属薄膜。
如图6所示，在本发明的另一个实施例中，上述磁隧道结同时包括形成于第一电极层11和第一磁性层40之间的种子层61，形成于第二电极层10和第二磁性层20之间的覆盖层60，以及形成于第一磁性层40和绝缘隧穿层30之间的铁磁耦合层51。
上述磁隧道结的制备方法包括如下步骤：
(1)在基片70上沉积第一电极材料，图形化得到第一电极层11；
(2)在第一电极层11上依次沉积第一磁性材料、绝缘材料和第二磁性材料，图形化得到第一磁性层40、绝缘隧穿层30和第二磁性层20；
(3)在第二磁性层20上沉积第二电极材料，图形化得到第二电极层10；
(4)在300～500℃下退火处理5～10min，得到磁隧道结。
其中，第一电极材料通过依次沉积FePt和CoFe(R)得到，以及/或者第二电极材料通过依次沉积CoFe(R)和FePt得到，CoFe(R)为掺入R的CoFe，R为B、Al和Ni至少其中之一。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例对上述磁隧道结的制备方法进行详细说明。
实施例1
结合图1，上述磁隧道结的制备方法包括如下步骤：
步骤101：提供基板70，基板70为表面热氧化的Si片或是CMOS芯片；
步骤102：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在基板70上制备第一电极层11，沉积温度为室温，靶材为Cu，真空度优于10-6Pa，第一电极层11的厚度为200nm；
步骤103：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第一电极层11上制备第一磁性层40，其包括在第一电极层11上沉积FePt层，厚度为3nm，再沉积CoFeB层，厚度为5nm，沉积温度为室温，靶材分别为Fe50Pt50合金靶和Co40Fe40B20靶，真空度优于10-6Pa；
步骤104：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在CoFeB层上制备绝缘隧穿层30，沉积温度为室温，靶材为MgO靶，真空度优于10-6Pa，绝缘隧穿层30的厚度为1nm；
步骤105：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在绝缘隧穿层30上制备第二磁性层20，沉积温度为室温，靶材为CoFeB，真空度优于10-6Pa，第二磁性层20的厚度为1nm；
带有B的非晶态合金能提高磁隧道结中隧穿层MgO膜层的平整度，并提高所述基于CoFe/FePt结构的磁隧道结的磁阻变化率TMR；
步骤106：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第二磁性层20上制备第二电极层10，沉积温度为室温，靶材为Cu，真空度优于10-6Pa，第二电极层10的厚度为200nm，得到磁隧道结单元；
步骤107：在真空条件下，将步骤106得到的磁隧道结单元在400℃下退火10min，得到磁隧道结100。
在磁隧道结100中，第一磁性层40为钉扎层，第二磁性层20为自由层。
实施例2
FePt层的厚度为4.5nm，CoFeB层的厚度为5nm，其它步骤同实施例1。
实施例3
FePt层的厚度为6nm，CoFeB层的厚度为5nm，其它步骤同实施例1。
实施例4
结合图3，上述磁隧道结的制备方法包括如下步骤：
步骤101～102：同实施例1；
步骤103：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第一电极层11上制备缓冲层61，沉积温度为室温，靶材为Ta，真空度优于10-6Pa，缓冲层61的厚度为5nm；
步骤104：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在缓冲层61上制备第一磁性层40，其包括在缓冲层61上沉积FePt层，厚度为1nm，再沉积CoFeB层，厚度为5nm，沉积温度为室温，靶材分别为Fe50Pt50合金靶和Co40Fe40B20靶，真空度优于10-6Pa；
步骤105：同实施例1步骤104；
步骤106：同实施例1步骤105；
步骤107：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第二磁性层20上制备覆盖层60，沉积温度为室温，靶材为Ta，真空度优于10-6Pa，覆盖层60的厚度为5nm；
步骤108：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在覆盖层60上制备第二电极层10，沉积温度为室温，靶材为Cu，真空度优于10-6Pa，第二电极层10的厚度为200nm，得到磁隧道结单元；
步骤109：在真空条件下，将步骤108得到的磁隧道结单元在300℃下退火10min，得到磁隧道结101。
在磁隧道结101中，第一磁性层40为钉扎层，所述第二磁性层20为自由层。
实施例5
结合图4，上述磁隧道结的制备方法包括如下步骤：
步骤101～102：同实施例1；
步骤103：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第一电极层11上制备反铁磁层80，沉积温度为室温，靶材为Mn50Pt50合金靶，真空度优于10-6Pa，厚度为20nm；
步骤104：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在反铁磁层80上制备第二磁性层40，其包括在反铁磁层80上沉积FePt层，厚度为3nm，再沉积CoFeB层，厚度为3nm，沉积温度为室温，靶材分别为Fe50Pt50合金靶和Co40Fe40B20靶，真空度优于10-6Pa；
步骤105：同实施例1步骤104；
步骤106：同实施例1步骤105；
步骤107：同实施例1步骤106；
步骤108：在真空条件下，将步骤107得到的磁隧道结单元在500℃下退火5min，得到磁隧道结102。
在磁隧道结102中，第一磁性层40为钉扎层，所述第二磁性层20为自由层。
实施例6
结合图5，上述磁隧道结的制备方法包括如下步骤：
步骤101～103：同实施例1；
步骤104：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第一磁性层40上制备金属层50，沉积温度为室温，靶材为Ta靶，真空度优于10-6Pa，金属层50的厚度为1nm；
步骤105：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在金属层50上制备第五磁性层21，沉积温度为室温，靶材为Co50Fe50B靶，真空度优于10-6Pa，厚度为1nm；
步骤106：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第五磁性层21上制备绝缘隧穿层30，沉积温度为室温，靶材为MgO靶，真空度优于10-6Pa，绝缘隧穿层30的厚度为1nm；
步骤107：同实施例1步骤105；
步骤108：同实施例1步骤106；
步骤109：在真空条件下，将步骤108得到的磁隧道结单元在400℃下退火10min，得到磁隧道结103。
在磁隧道结103中，第五磁性层21为钉扎层，第二磁性层20为自由层。
实施例7
结合图6，上述磁隧道结的制备方法包括如下步骤：
步骤101～102：同实施例1；
步骤103：氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第一电极层11上制备缓冲层61，沉积温度为室温，靶材为Ta，真空度优于10-6Pa，缓冲层61的厚度为5nm；
步骤104：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在缓冲层61上制备第一磁性层40，其包括在缓冲层61上沉积FePt层，厚度为3nm，再沉积CoFeB层，厚度为1nm，沉积温度为室温，靶材分别为Fe50Pt50合金靶和Co40Fe40B20靶，真空度优于10-6Pa；
步骤105：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第一磁性层40上制备金属层50，沉积温度为室温，靶材为Ta靶，真空度优于10-6Pa，金属层50的厚度为1nm；
步骤106：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在金属层50上制备第五磁性层21，沉积温度为室温，靶材为Co50Fe50B靶，真空度优于10-6Pa，厚度为1nm；
步骤107：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第五磁性层21上制备绝缘隧穿层30，沉积温度为室温，靶材为MgO靶，真空度优于10-6Pa，绝缘隧穿层30的厚度为1nm；
步骤108：同实施例1步骤105；
步骤109：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在第二磁性层20上制备覆盖层60，沉积温度为室温，靶材为Ta，真空度优于10-6Pa，覆盖层60的厚度为5nm；
步骤110：在氩气氛围下，采用磁控溅射的方法在覆盖层60上制备第二电极层10，靶材为Cu，真空度优于10-6Pa，第二电极层10的厚度为200nm，得到磁隧道结单元；
步骤111：在真空条件下，将步骤110得到的磁隧道结单元在400℃下退火8min，得到磁隧道结104。
在磁隧道结104中，第五磁性层21为钉扎层，第二磁性层20为自由层。
比较例：
第一磁性层40为厚度为5nm的CoFeB层，其它步骤同实施例1。
利用振动样品磁强计VSM测试实施例1～3及比较例制得的CoFe(R)/FePt结构的磁滞回线，结果如图7所示，通过对比不同FePt厚度的CoFe(R)/FePt结构的磁滞回线，发现CoFe(R)/FePt结构的高垂直磁各向异性不依赖于FePt薄膜的厚度。利用磁转矩磁强计测试实施例1和2制得的CoFe(R)/FePt结构的转矩曲线，结果如图8所示，CoFe(R)/FePt结构的磁各向异性能为6.23×106～7.50×106erg/cm3，说明CoFe(R)/FePt结构通过低温快速退火就能获得高垂直磁各向异性，因而这种高垂直磁各向异性起源于CoFe(R)薄膜与FePt薄膜的界面，属于界面垂直磁各向异性。该低温快速退火处理条件被广泛应用于CMOS工艺中金属互连线的热处理，是与CMOS兼容的、成熟的退火处理工艺，因而能够有效防止CMOS器件的性能退化。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种磁隧道结，其特征在于，包括第一电极层，以及依次形成在所述第一电极层上的第一磁性层、绝缘隧穿层、第二磁性层和第二电极层；所述第一磁性层和所述第二磁性层至少其中之一为CoFe(R)/FePt结构；
所述CoFe(R)/FePt结构由CoFe(R)层和FePt层叠加而成，所述CoFe(R)层较所述FePt层靠近所述绝缘隧穿层；所述CoFe(R)层的材料为掺入R的CoFe，R为B、Al和Ni至少其中之一，FePt为A1相。
2.如权利要求1所述的磁隧道结，其特征在于，所述CoFe(R)层的厚度为1～5nm，所述FePt层的厚度为1～6nm。
3.如权利要求1或2所述的磁隧道结，其特征在于，还包括形成于所述第一电极层和所述第一磁性层之间的种子层和/或形成于所述第二电极层和所述第二磁性层之间的覆盖层。
4.如权利要求1或2所述的磁隧道结，其特征在于，还包括形成于所述第一电极层和所述第一磁性层之间的第三磁性层。
5.如权利要求4所述的磁隧道结，其特征在于，还包括形成于所述第二电极层和所述第二磁性层之间的第四磁性层。
6.如权利要求1或2所述的磁隧道结，其特征在于，还包括形成于所述第一电极层和所述第一磁性层之间的反铁磁层。
7.如权利要求1或2所述的磁隧道结，其特征在于，还包括形成于所述第一磁性层和所述绝缘隧穿层之间的铁磁耦合层，所述铁磁耦合层由第五磁性层和金属层叠加而成，所述第五磁性层较所述金属层靠近所述绝缘隧穿层，所述第一磁性层与所述第五磁性层通过所述金属层形成反铁磁耦合结构。
8.一种如权利要求1所述的磁隧道结的制备方法，其特征在于，在完成包括第一电极层、第一磁性层、绝缘隧穿层、第二磁性层和第二电极层在内的结构单元的制备后，在300～500℃下退火处理5～10min，得到磁隧道结。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1258930B1 (en) * | 2001-05-15 | 2007-10-17 | Korea Institute of Science and Technology | Fabrication method for a magnetic tunneling junction |
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|---|---|---|---|---|
| EP1258930B1 (en) * | 2001-05-15 | 2007-10-17 | Korea Institute of Science and Technology | Fabrication method for a magnetic tunneling junction |
| CN101093721A (zh) * | 2006-06-22 | 2007-12-26 | 株式会社东芝 | 磁阻元件和磁性存储器 |
| CN101859870A (zh) * | 2009-04-13 | 2010-10-13 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 半导体存储装置 |
| JP2012119684A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Samsung Electronics Co Ltd | 磁気トンネル接合構造体の製造方法及びこれを利用する磁気メモリ素子の製造方法 |
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