CN107958953A - 磁性隧道结的自由层的制备方法及磁性隧道结的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁性隧道结的自由层的制备方法及磁性隧道结的制备方法。该磁性隧道结的自由层的制备方法包括采用沉积工艺设置自由层的各膜层，采用第一等离子体处理各膜层中的一层或多层，以及对第一等离子体处理后的各膜层中的一层或多层进行第一退火处理。利用第一退火处理对第一等离子体处理之后的一层或多层膜层进行原位热处理，进而减少或者消除第一等离子体处理可能造成的损伤或缺陷，改善自由层的表面特性，进而提高具有该自由层的磁性隧道结的综合性能，比如提高磁性隧道结的TMR值，降低其RA值。
Description
技术领域
本发明涉及磁性随机存储器(spin transfer torque magnetic random accessmemory，STT-MRAM)领域，具体而言，涉及一种磁性隧道结的自由层的制备方法及磁性隧道结的制备方法。
背景技术
STT-MRAM是一种潜在的、革命性的通用存储技术，可直接利用自旋极化电流驱动纳米磁体磁矩反转，完成信息写入。它集成了DRAM的高存储密度、SRAM的快速读写能力、Flash的非易失性和低功耗以及高稳定性等优越性能，此外，它具有无限次使用的优势；与传统MRAM相比，有着更好的扩展性、更低的写信息电流，特别是，它与更先进的半导体工艺兼容。
它主要包括自由层40、参考层20以及二者之间超薄的隧穿势垒层30，具体可参考图1。该磁性隧道结主要包括磁性参考层20、自由层40以及二者之间的超薄隧穿势垒层30，此外，还包括最底层的缓冲层10，以及最顶层的保护层50。参考层20的磁化方向是固定的，而自由层40的磁化方向可以自由转动，当自由层40的磁化方向与参考层20的磁化方向平行时，磁性隧道结呈现低阻态RP，当自由层40的磁化方向与参考层20的磁化方向反平行时，磁性隧道结呈现高阻态RAP。将磁性隧道结应用到STT-MRAM时，其高低阻态可代表不同的逻辑状态“1”和“0”。极化电流60可以从垂直薄膜平面的方式通过磁性隧道结，完成STT-MRAM不同逻辑状态“1”和“0”的写入。
具体地，MTJ的TMR(隧道磁电阻)定义为(RAP/RP-1)×100％，一个MTJ单元可作为STT-MRAM的一个数据存储位，其高、低电阻态可分别代表位元中不同的逻辑状态“0”和“1”。在信息读取的时候，将MTJ的电阻态与参考信号进行对比，判断出位元不同的逻辑状态，完成“读”操作。电流流过磁性层时，电流将被极化，形成自旋极化电流。自旋电子将自旋动量传递给自由层的磁矩，使自旋磁性层的磁矩获得自旋动量后改变方向，这个过程称为自旋传输矩(Spin transfer torque，STT)，利用自旋转移力矩效应可以使得MTJ的自由层40磁矩与参考层20磁矩平行或反平行排列，从而实现“写”操作。
应用于STT-MRAM的MTJ是由多层超薄的薄膜组成，薄膜间尤其是自由层的界面特性如粗糙度、缺陷、晶体结构等会对MTJ器件的性能产生明显的影响。例如，自由层与隧穿势垒层之间的界面自旋极化会对MTJ的TMR产生很大的影响，自由层的各薄膜之间、自由层与隧穿势垒层之间、自由层与保护层之间的界面各向异性会直接影响自由层的转动能量势垒。因此，一种可优化薄膜间性能的MTJ制备方法是非常重要的。提高自由层的表面特性的一种方法是在薄膜沉积之后对其进行一次或多次温和的等离子体处理。等离子体处理会改善薄膜表面的应力状态以及晶化结构，降低界面的粗糙度，从而获得高的TMR以及更好的数据保持能力。但同时，这种等离子体处理过程也可能会在薄膜的表面引入新的损伤及缺陷，使薄膜的表面特性变差。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种磁性隧道结的自由层的制备方法、磁性隧道结的制备方法，以解决现有技术中采用等离子体处理的自由层表面特性较差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种磁性隧道结的自由层的制备方法，包括采用沉积工艺设置自由层的各薄膜，对各薄膜中的一层或多层进行第一等离子体处理，以及对第一等离子体处理后的各薄膜中的一层或多层进行第一退火处理。
进一步地，上述第一退火处理的保温温度为120～400℃。
进一步地，上述第一退火处理的保温时间为5s～1h。
进一步地，上述第一退火处理的升温速率为0.1～1℃/s，优选为0.3℃/s，优选第一退火处理的降温速率为0.1～1℃/s，优选为0.3℃/s。
进一步地，上述薄膜包括铁磁自由层，制备方法包括：沉积铁磁自由层；对铁磁自由层进行第一等离子体处理；对第一等离子体处理后的铁磁自由层进行第一退火处理。
进一步地，上述薄膜包括第一层铁磁自由层、非磁性金属插入层和第二层铁磁自由层，制备方法包括：沉积第一层铁磁自由层；可选的，对第一层铁磁自由层进行第一等离子体处理；可选的，对等离子体处理后的第一层铁磁自由层进行第一退火处理；在沉积的第一层铁磁自由层或者第一等离子体处理后的第一层铁磁自由层或者第一退火处理后的第一层铁磁自由层上沉积非磁性金属插入层；可选的，对非磁性金属插入层进行第一等离子体处理；可选的，对第一等离子体处理后的非磁性金属插入层进行第一退火处理；在沉积的非磁性金属插入层或者第一等离子体处理后的非磁性金属插入层或者第一退火处理后的非磁性金属插入层上沉积第二层铁磁自由层；可选的，对第二层铁磁自由层进行第一等离子体处理；可选的，对第一等离子体处理后的第二层铁磁自由层进行第一退火处理。
进一步地，上述第一等离子体处理过程中对薄膜的刻蚀速率小于0.02nm/s，优选第一等离子体处理刻蚀去除的材料厚度为0.01～1nm。
根据本发明的另一方面，提供了一种磁性隧道结的制备方法，制备方法包括自由层的制作过程，该自由层的制作过程采用上述任一种制备方法实施。
进一步地，上述磁性隧道结包括依次叠置的参考层、隧穿势垒层和自由层，制备方法还包括参考层的制作过程，制作过程包括：包括采用沉积工艺设置参考层的各膜层，对各膜层中的一层或多层进行第二等离子体处理，以及对第二等离子体处理后的各膜层中的一层或多层进行第二退火处理。
进一步地，上述第二退火处理的保温温度为120～400℃，优选第二退火处理的保温时间为5s～1h，更优选第二退火处理的升温速率为0.1～1℃/s，进一步优选第二退火处理的降温速率为0.1～1℃/s。
进一步地，上述参考层的各膜层包括反铁磁钉扎层和铁磁被钉扎层，制备方法包括：沉积反铁磁钉扎层；在反铁磁钉扎层之上沉积铁磁被钉扎层；对铁磁被钉扎层进行第二等离子体处理；以及在磁场中，对第二等离子体处理后的铁磁被钉扎层进行第二退火处理。
进一步地，上述参考层的各膜层包括第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层和第二铁磁被钉扎层，制备方法包括：沉积第一铁磁被钉扎层；可选的，对第一铁磁被钉扎层进行第二等离子体处理；可选的，对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层上沉积非磁性中间层；在非磁性中间层上沉积第二铁磁被钉扎层；可选的，对第二铁磁被钉扎层进行第二等离子体处理；以及可选的，对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层进行第二退火处理。
进一步地，上述参考层的各膜层包括反铁磁钉扎层、第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层和第二铁磁被钉扎层，制备方法包括：沉积反铁磁钉扎层；在反铁磁钉扎层上沉积第一铁磁被钉扎层；可选的，对第一铁磁被钉扎层进行第二等离子体处理；可选的，在磁场中，对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层上沉积非磁性中间层；在非磁性中间层上沉积第二铁磁被钉扎层；可选的，对第二铁磁被钉扎层进行第二等离子体处理；以及可选的，在磁场中，对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层进行第二退火处理。
进一步地，上述参考层的各膜层包括第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层、第二铁磁被钉扎层、非磁性耦合层、磁性界面层，制备方法包括：沉积第一铁磁被钉扎层；可选的，对第一铁磁被钉扎层进行第二等离子体处理；可选的，对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层上沉积非磁性中间层；在非磁性中间层上沉积第二铁磁被钉扎层；可选的，对第二铁磁被钉扎层进行第二等离子体处理；可选的，对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层上沉积非磁性耦合层；在非磁性耦合层上沉积磁性界面层；可选的，对磁性界面层进行第二等离子体处理；以及可选的，对第二等离子体处理后的磁性界面层进行第二退火处理。
进一步地，上述参考层的各膜层还包括反铁磁钉扎层，制备方法还包括在沉积第一铁磁被钉扎层之前沉积反铁磁钉扎层，且第一铁磁被钉扎层沉积在设置在反铁磁钉扎层上，当对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层或第二铁磁被钉扎层进行退火处理时，在磁场中进行第二退火处理。
进一步地，上述磁场的磁场强度为1000Oe～10000Oe。
进一步地，上述第二等离子体处理过程中对膜层的刻蚀速率小于0.02nm/s，优选第二等离子体处理刻蚀去除的材料厚度为0.01～1nm。
进一步地，上述制备方法包括：在缓冲层上实施参考层的制作过程，以在缓冲层上设置参考层；在参考层上设置隧穿势垒层；在隧穿势垒层上实施自由层的制作过程，以在隧穿势垒层上述设置自由层；以及在自由层上设置保护层。
进一步地，上述缓冲层采用等离子体处理和/或退火处理。
应用本发明的技术方案，利用第一退火处理对第一等离子体处理之后的一层或多层薄膜进行原位热处理，进而减少或者消除第一等离子体处理可能造成的损伤或缺陷，改善自由层的表面特性，进而提高具有该自由层的磁性隧道结的综合性能，比如提高磁性隧道结的TMR值，降低其RA值。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据现有技术的磁隧道结的截面结构示意图；以及
图2示出了根据本申请实施例A提供的磁隧道结的截面结构示意图；
图3示出了实施例A所示的自由层的制备方法流程示意图；
图4示出了根据本申请实施例B提供的磁隧道结的截面结构示意图；
图5示出了本申请优选的一种实施例B所示的自由层的制备方法流程示意图；
图6示出了根据本申请实施例C提供的磁隧道结的截面结构示意图；
图7示出了本申请优选的一种实施例C所示的磁隧道结的制备方法流程示意图，其中自由层的制作过程可以参考图3或图5；
图8示出了根据本申请实施例D提供的磁隧道结的截面结构示意图；
图9示出了本申请优选的一种实施例D所示的磁隧道结的制备方法流程示意图，其中自由层的制作过程可以参考图3或图5；
图10示出了根据本申请实施例E提供的磁隧道结的截面结构示意图；
图11示出了本申请优选的一种实施例E所示的磁隧道结的制备方法流程示意图，其中自由层的制作过程可以参考图3或图5；
图12示出了根据本申请实施例F提供的磁隧道结的截面结构示意图；
图13示出了本申请优选的一种实施例F所示的磁隧道结的制备方法流程示意图，其中自由层的制作过程可以参考图3或图5；
图14示出了根据本申请实施例G提供的磁隧道结的截面结构示意图；以及
图15示出了本申请优选的一种实施例G所示的磁隧道结的制备方法流程示意图，其中自由层的制作过程可以参考图3或图5。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、缓冲层；20、参考层；30、隧穿势垒层；40、自由层；40’、铁磁自由层；41、第一层铁磁自由层；42、非磁性金属插入层；43、第二层铁磁自由层；50、保护层；21、反铁磁钉扎层；22、铁磁被钉扎层；221、第一铁磁被钉扎层；23、非磁性中间层；222、第二铁磁被钉扎层；24、非磁性耦合层；25、磁性界面层；60、极化电流。
具体实施方式
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发明。
如背景技术所分析的，现有技术中由于采用等离子体处理，使得自由层表面特性较差。为了解决该问题，本申请提供了一种自由层的制备方法及磁性隧道结的制备方法。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种磁性隧道结的自由层的制备方法，该制备方法包括采用沉积工艺设置自由层的各薄膜，对各薄膜中的一层或多层进行第一等离子体处理，以及对第一等离子体处理后的各薄膜中的一层或多层进行第一退火处理。
利用第一退火处理对第一等离子体处理之后的一层或多层薄膜进行原位热处理，进而减少或者消除第一等离子体处理可能造成的损伤或缺陷，改善自由层的表面特性，进而提高具有该自由层的磁性隧道结的综合性能，比如提高磁性隧道结的TMR值，降低其RA值。
在第一退火处理中，为了在保证热处理效果的前提下避免对其它不需要热处理的膜层造成负面影响，优选上述第一退火处理的保温温度为120～400℃。进一步优选上述第一退火处理的保温时间为5s～1h。
此外，为了避免第一退火处理造成热应力增加，对自由层所在结构产生负面物理影响，优选上述第一退火处理的升温速率为0.1～1℃/s，进一步优选为0.3℃/s；优选第一退火处理的降温速率为0.1～1℃/s，进一步优选为0.3℃/s。
本申请为了避免第一等离子体处理对已经形成的薄膜表面造成过多的损伤，优选上述等离子体处理过程中对薄膜的刻蚀速率小于0.02nm/s，更优选第一等离子体处理刻蚀去除的材料厚度为0.01～1nm。
上述自由层的结构可以采用现有技术中多种常规设计，以下对结构不同的自由层40的制备方法进行分别描述。
在优选的实施例A中，如图2所示，上述薄膜包括铁磁自由层40’，对应的制备方法如图3所示，包括：沉积铁磁自由层40’；对铁磁自由层40’进行第一等离子体处理；对第一等离子体处理后的铁磁自由层40’进行第一退火处理。
形成上述实施例A中的铁磁自由层40’的材料可选自Co，Fe，Ni，CoB，FeB，NiB，CoFe，NiFe，CoNi，CoFeNi，CoFeB，NiFeB，CoNiB，CoFeNiB，FePt，FePd，CoPt，CoPd，CoFePt，CoFePd，FePtPd，CoPtPd，CoFePtPd中的一种或多种组合。优选其厚度为0.4nm～3nm。上述第一等离子体处理中的等离子体可由Ar、Kr、Xe、He、N2、H2、或O2等气体中的一种或几种形成。第一等离子体处理的刻蚀的速率非常低，最好小于0.02nm/s。在第一等离子体处理的过程中，表面被除去的薄膜厚度在0.01～1nm之间。第一等离子体处理过程在理论上可以在薄膜沉积腔中进行，也可在另外单独的溅射腔体中完成，优选在单独的溅射腔中进行。在对铁磁自由层40’表面进行第一等离子体处理之后，进一步对其进行第一退火处理，第一退火处理的过程可以通过快速热退火或传统的电阻丝加热的方式实现。
在实施例B中，如图4所示，上述薄膜包括第一层铁磁自由层41、非磁性金属插入层42和第二层铁磁自由层43，第一层铁磁自由层41和第二层铁磁自由层43通过非磁性金属插入层42形成铁磁耦合，也就是说，第一层铁磁自由层41和第二层铁磁自由层43的磁化方向总是互相平行的。可优化非磁性金属插入层42的厚度使第一层铁磁自由层41和第二层铁磁自由层43之间形成足够强烈的铁磁耦合，比如优选非磁性金属插入层42的厚度为0.07～1nm，。自由层中的第一层铁磁自由层41和第二层铁磁自由层43会和磁性隧道结的参考层具有平行或反平行的磁化状态，使MTJ呈现对应的低电阻态(RP)或高电阻态(RAP)。
其中的，形成上述第一层铁磁自由层41的材料选自Co，Fe，Ni，CoB，FeB，NiB，CoFe，NiFe，CoNi，CoFeNi，CoFeB，NiFeB，CoNiB，CoFeNiB，FePt，FePd，CoPt，CoPd，CoFePt，CoFePd，FePtPd，CoPtPd，CoFePtPd中的一种或多种组成；其厚度为0.4～3nm。形成上述非磁性金属插入层42的材料选自Ta，Ti，Mo，Hf，Zr，Nb，W，TaN，TiN，NbN中的一种或多种组成；其厚度为0.07～1nm，上述非磁性金属插入层厚度使第一层铁磁自由层41和第二层铁磁自由层43之间形成足够强烈的铁磁耦合。形成第二层铁磁自由层43的材料选自Co，Fe，Ni，CoB，FeB，NiB，CoFe，NiFe，CoNi，CoFeNi，CoFeB，NiFeB，CoNiB，CoFeNiB，FePt，FePd，CoPt，CoPd，CoFePt，CoFePd，FePtPd，CoPtPd，CoFePtPd中的一种或多种组成；其厚度为0.4～3nm。
上述结构对应的制备方法，如图5所示，包括：沉积第一层铁磁自由层41；可选的，对第一层铁磁自由层41进行第一等离子体处理，可选的，对第一等离子体处理后的第一层铁磁自由层41进行第一退火处理；在沉积的第一层铁磁自由层41或者第一等离子体处理后的第一层铁磁自由层41或者第一退火处理后的第一层铁磁自由层41上沉积非磁性金属插入层42；可选的，对非磁性金属插入层42进行第一等离子体处理，可选的，对第一等离子体处理后的非磁性金属插入层42进行第一退火处理；在沉积的非磁性金属插入层42或者第一等离子体处理后的非磁性金属插入层42或者第一退火处理后的非磁性金属插入层42上沉积第二层铁磁自由层43；可选的，对第二层铁磁自由层43进行第一等离子体处理，可选的，对第一等离子体处理后的第二层铁磁自由层43进行第一退火处理。上述等离子体可由Ar、Kr、Xe、He、N2、H2、或O2等气体中的一种或几种形成。等离子体刻蚀的速率非常低，最好小于0.02nm/s。在等离子体处理的过程中，表面被除去的薄膜厚度在0.01～1nm之间。如前述实施例，本实施例的第一等离子体处理过程在理论上可以在薄膜沉积腔中进行，也可在另外单独的溅射腔体中完成，优选在单独的溅射腔中进行。在对铁磁自由层表面进行第一等离子体处理之后，进一步对其进行第一退火处理，第一退火处理的过程可以通过快速热退火或传统的电阻丝加热的方式实现。
上述制备方法可以包括以下几种实施方式：
实施方式一：沉积第一层铁磁自由层41；对第一层铁磁自由层41进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的第一层铁磁自由层41进行第一退火处理；在第一退火处理后的第一层铁磁自由层41上沉积非磁性金属插入层42；在非磁性金属插入层42上沉积第二层铁磁自由层43。
实施方式二：沉积第一层铁磁自由层41；在第一层铁磁自由层41上沉积非磁性金属插入层42；对非磁性金属插入层42进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的非磁性金属插入层42进行第一退火处理；在第一退火处理后的非磁性金属插入层42上沉积第二层铁磁自由层43。
实施方式三：沉积第一层铁磁自由层41；在第一层铁磁自由层41上沉积非磁性金属插入层42；在非磁性金属插入层42上沉积第二层铁磁自由层43；对第二层铁磁自由层43进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的第二层铁磁自由层43进行第一退火处理。
实施方式四：沉积第一层铁磁自由层41；对第一层铁磁自由层41进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的第一层铁磁自由层41进行第一退火处理；在第一退火处理后的第一层铁磁自由层41上沉积非磁性金属插入层42；对非磁性金属插入层42进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的非磁性金属插入层42进行第一退火处理；在第一退火处理后的非磁性金属插入层42上沉积第二层铁磁自由层43。
实施方式五：沉积第一层铁磁自由层41；对第一层铁磁自由层41进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的第一层铁磁自由层41进行第一退火处理；在第一退火处理后的第一层铁磁自由层41上沉积非磁性金属插入层42；在非磁性金属插入层42层上沉积第二层铁磁自由层43；对第二层铁磁自由层43进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的第二层铁磁自由层43进行第一退火处理。
实施方式六：沉积第一层铁磁自由层41；在第一层铁磁自由层41上沉积非磁性金属插入层42；对非磁性金属插入层42进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的非磁性金属插入层42进行第一退火处理；在第一退火处理后的非磁性金属插入层42上沉积第二层铁磁自由层43；对第二层铁磁自由层43进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的第二层铁磁自由层43进行第一退火处理。
实施方式七：沉积第一层铁磁自由层41；对第一层铁磁自由层41进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的第一层铁磁自由层41进行第一退火处理；在第一退火处理后的第一层铁磁自由层41上沉积非磁性金属插入层42；对非磁性金属插入层42进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的非磁性金属插入层42进行第一退火处理；在第一退火处理后的非磁性金属插入层42上沉积第二层铁磁自由层43；对第二层铁磁自由层43进行第一等离子体处理，对第一等离子体处理后的第二层铁磁自由层43进行第一退火处理。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种磁性隧道结的制备方法，该制备方法包括自由层40的制作过程，该自由层40的制作过程采用上述任一种制备方法实施。利用上述制备方法得到的磁性隧道结的综合性能较好，比如磁性隧道结的TMR值较大，其RA值较低。
在本申请另一种优选的实施例中，上述磁性隧道结包括依次叠置的参考层20、隧穿势垒层30和自由层40，该制备方法还包括参考层20的制作过程，该制作过程包括：包括采用沉积工艺设置参考层20的各膜层，对各膜层中的一层或多层进行第二等离子体处理，以及对第二等离子体处理后的各膜层中的一层或多层进行第二退火处理。利用第二退火处理对第二等离子体处理之后的一层或多层膜层进行原位热处理，进而减少或者消除第二等离子体处理可能造成的损伤或缺陷，改善参考层的表面特性，进而提高具有该参考层的磁性隧道结的综合性能。
上述结构中的自由层和参考层中钉扎层的磁化方向平行于薄膜平面，或自由层和参考层中钉扎层的磁化方向垂直于薄膜平面。
在第二退火处理中，为了在保证热处理效果的前提下避免对其它不需要热处理的膜层造成负面影响，优选上述第二退火处理的保温温度为120～400℃。进一步优选上述第二退火处理的保温时间为5s～1h。
此外，为了避免第二退火处理造成热应力增加，对参考层所在结构产生负面物理影响，优选上述第二退火处理的升温速率为0.1～1℃/s，进一步优选为0.3℃/s，优选第二退火处理的降温速率为0.1～1℃/s，进一步优选为0.3℃/s。
本申请为了避免等第二离子体处理对已经形成的膜层表面造成过多的损伤，优选上述第二等离子体处理过程中对膜层的刻蚀速率小于0.02nm/s，更优选第二等离子体处理刻蚀去除的材料厚度为0.01～1nm。
上述参考层20结构可以采用现有技术中多种常规设计，以下将结合磁性隧道结的结构和参考层20的各膜层结构的不同，对参考层20的制备方法进行描述。
在优选的实施例C中，如图6所示，磁性隧道结包括依次设置的缓冲层10、磁性参考层20、隧穿势垒层30、自由层40以及保护层50。其中，磁性参考层20进一步包括设置在缓冲层10之上的反铁磁钉扎层21和设置在反铁磁钉扎层21之上的铁磁被钉扎层22。铁磁被钉扎层22在反铁磁钉扎层21的作用下形成交换偏置。自由层40和铁磁被钉扎层22的磁化方向平行于薄膜的平面，极化电流60穿过磁性隧道结进行逻辑状态的写入。如图7所示(图7中的自由层为磁性自由层)，该参考层20的制备方法包括：在缓冲层10上沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21之上沉积铁磁被钉扎层22；对铁磁被钉扎层22进行第二等离子体处理；以及在磁场中，对第二等离子体处理后的铁磁被钉扎层22进行第二退火处理。当然，本申请也包括对反铁磁钉扎层21进行第二等离子体处理和第二退火处理的情况，此时也能起到改善参考层表面性能的效果。
形成上述反铁磁钉扎层21的材料可以为PtMn、IrMn、RhMn中的一种或几种，其厚度为10～20nm。形成上述铁磁被钉扎层22的材料可以为Co、Ni、Fe、CoFe、CoNi、NiFe、CoFeNi、CoB、FeB、CoFeB、NiFeB、Pt、Pd、PtPd、Ir、Re、Rh、B、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W、Hf等材料中的一种或几种。铁磁被钉扎层22在沉积之后进行第二等离子体处理，其中，第二等离子体处理所采用的气源、气体流速、等离子体功率和温度等条件均可参考现有技术，比如等离子体气源可为Ar、Kr、Xe、He、N2、H2、或O2等气体中的一种或几种。同时，通过控制第二等离子体处理条件，控制等离子体刻蚀的速率，最好小于0.02nm/s，并且控制铁磁被钉扎层22表面被除去的薄膜厚度在0.01～1nm之间。上述第二等离子体处理过程可以在薄膜沉积腔中进行，也可在另外单独的溅射腔体中完成，优选在单独的溅射腔中进行。在对铁磁被钉扎层22表面进行第二等离子体处理之后，进一步对其进行第二退火处理，该第二退火处理过程可以通过快速热退火或传统的电阻丝加热的方式实现。
在优选的实施例D中，如图8所示，磁性隧道结包括依次设置的缓冲层10、磁性参考层20、隧穿势垒层30、自由层40以及保护层50。其中，参考层20的各膜层包括第一铁磁被钉扎层221、非磁性中间层23和第二铁磁被钉扎层222，第一铁磁被钉扎层221和第二铁磁被钉扎层222通过非磁性中间层23形成人工反铁磁，第一铁磁被钉扎层221与第二铁磁被钉扎层222之间为反铁磁耦合。通过极化电流60可以完成对磁性隧道结逻辑状态的写入。
如图9所示(图9中的自由层为磁性自由层)，该参考层20的制备方法包括：沉积第一铁磁被钉扎层221；可选的，对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；可选的，对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；可选的，对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；以及可选的，对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理。
上述过程中，可以仅对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理和第二退火处理，也可以仅对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理和第二退火处理，也可以对第一铁磁被钉扎层221和第二铁磁被钉扎层222均进行第二等离子体处理和第二退火处理。第二等离子体处理工艺和条件和第二退火处理工艺和条件均可参考实施例C。上述制备方法包括以下几种实施方式：
实施方式八：沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；以及在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222。
实施方式九：沉积第一铁磁被钉扎层221；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；以及对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理。
实施方式十：沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；以及对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理。
其中，形成上述第一铁磁被钉扎层221和第二铁磁被钉扎层222的材料可各自独立地包括Co、Ni、Fe、CoFe、CoNi、NiFe、CoFeNi、CoB、FeB、CoFeB、NiFeB、Pt、Pd、PtPd、Ir、Re、Rh、B、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W和Hf组成的组一种或几种，优选第一铁磁被钉扎层221和第二铁磁被钉扎层222的厚度各自独立地为0.4～3nm。形成上述非磁性中间层23的材料可包括Ru、Rh、Ir、Re、Cu、Ag、Au、Cr和CrMo组成的组中的一种或几种，优选非磁性中间层23的厚度为0.2～1.2nm。
由于非磁性耦合层24和非磁性中间层23的厚度较小，对其进行第二等离子体处理，如果条件控制的不好可能会产生不利影响，但如果严格控制第二等离子体处理条件仍然可以实现较好的条件，因此，本申请也包括对非磁性耦合层24和非磁性中间层23进行第二等离子体处理和第二退火处理的方案。
在优选的实施例E中，如图10所示，磁性隧道结包括依次设置的缓冲层10、磁性参考层20、隧穿势垒层30、自由层40以及保护层50。其中，参考层20的各膜层包括反铁磁钉扎层21、第一铁磁被钉扎层221、非磁性中间层23和第二铁磁被钉扎层222，反铁磁钉扎层21和第一铁磁被钉扎层221之间形成反铁磁耦合，第一铁磁被钉扎层221与第二铁磁被钉扎层222通过非磁性中间层23形成人工反铁磁。通过极化电流60可以完成对磁性隧道结逻辑状态的写入。
如图11所示(图11中的自由层为磁性自由层)，该参考层20的制备方法包括：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；可选的，对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；可选的，对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；可选的，对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；以及可选的，对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理。上述过程中，可以仅对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理和第二退火处理，也可以仅对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理和第二退火处理，也可以对第一铁磁被钉扎层221和第二铁磁被钉扎层222均进行第二等离子体处理和第二退火处理。第二等离子体处理工艺和条件和第二退火处理工艺和条件均可参考实施例C。上述制备方法包括以下几种实施方式：
实施方式十一：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；在磁场中对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；以及在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222。
实施方式十二：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；以及在磁场中对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理。
实施方式十三：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；在磁场中对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；以及在磁场中对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理。
其中，形成上述第一铁磁被钉扎层221和第二铁磁被钉扎层222的材料和厚度可参考实施例B，形成上述反铁磁钉扎层21的材料可参考实施例C。
在优选的实施例F中，如图12所示，磁性隧道结包括依次设置的缓冲层10、磁性参考层20、隧穿势垒层30、自由层40以及保护层50。其中，参考层20的各膜层包括第一铁磁被钉扎层221、非磁性中间层23、第二铁磁被钉扎层222、非磁性耦合层24、磁性界面层25，第一铁磁被钉扎层221与第二铁磁被钉扎层222通过非磁性中间层23形成人工反铁磁，第二铁磁被钉扎层222与磁性界面层25之间通过非磁性耦合层24形成铁磁耦合。通过极化电流60可以完成对磁性隧道结逻辑状态的写入。
如图13所示(图13中的自由层为磁性自由层)，该参考层20的制备方法包括：沉积第一铁磁被钉扎层221；可选的，对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；可选的，对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；可选的，对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；可选的，对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25；可选的，对磁性界面层25进行第二等离子体处理；以及可选的，对第二等离子体处理后的磁性界面层25进行第二退火处理。上述过程中，可以仅对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理和第二退火处理，也可以仅对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理和第二退火处理，也可以仅对磁性界面层25进行第二等离子体处理和第二退火处理，也可以对第一铁磁被钉扎层221、第二铁磁被钉扎层222和磁性界面层25均进行第二等离子体处理和第二退火处理。第二等离子体处理工艺和条件和第二退火处理工艺和条件均可参考实施例C。上述制备方法包括以下几种实施方式：
实施方式十四：沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；以及在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25。
实施方式十五：沉积第一铁磁被钉扎层221；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；以及在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25。
实施方式十六：沉积第一铁磁被钉扎层221；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25；对磁性界面层25进行第二等离子体处理；以及对第二等离子体处理后的磁性界面层25进行第二退火处理。
实施方式十七：沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；以及在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25。
实施方式十八：沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25；对磁性界面层25进行第二等离子体处理；以及对第二等离子体处理后的磁性界面层25进行第二退火处理。
实施方式十九：沉积第一铁磁被钉扎层221；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25；对磁性界面层25进行第二等离子体处理；以及对第二等离子体处理后的磁性界面层25进行第二退火处理。
实施方式二十：沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25；对磁性界面层25进行第二等离子体处理；以及对第二等离子体处理后的磁性界面层25进行第二退火处理。其中，形成上述第一铁磁被钉扎层221和第二铁磁被钉扎层222的材料和厚度可参考实施例B。形成非磁性耦合层24的材料包括Mo、W、Ta、Nb、V、B、Hf、Zr、Ti和Cr组成的组中的一种或几种，优选非磁性耦合层24的厚度为0.05～0.8nm。形成磁性界面层25的材料包括Fe、Co、CoFe、FeB、CoB、CoFeB、CoFeAl、CoFeAlB、CoFeSi、CoFeSiB、CoFeMn、CoFeMnSi和CoFeMnB组成的组中的一种或几种，优选磁性界面层25的厚度约为0.1～2nm。
在优选的实施例G中，如图14所示，磁性隧道结包括依次设置的缓冲层10、磁性参考层20、隧穿势垒层30、自由层40以及保护层50。其中，参考层20的各膜层包括反铁磁钉扎层21、第一铁磁被钉扎层221、非磁性中间层23、第二铁磁被钉扎层222、非磁性耦合层24、磁性界面层25，第一铁磁被钉扎层221和第二铁磁被钉扎层222通过非磁中间层组成人工反铁磁，即形成反铁磁耦合，第二铁磁被钉扎层222与磁性界面层25通过非磁耦合层形成铁磁耦合。通过极化电流60可以完成对磁性隧道结逻辑状态的写入。
如图15所示(图15中的自由层为磁性自由层)，该参考层20的制备方法包括：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；可选的，对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；可选的，对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；可选的，对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；可选的，对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25；可选的，对磁性界面层25进行第二等离子体处理；以及可选的，对第二等离子体处理后的磁性界面层25进行第二退火处理。上述过程中，可以仅对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理和第二退火处理，也可以仅对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理和第二退火处理，也可以仅对磁性界面层25进行第二等离子体处理和第二退火处理，也可以对第一铁磁被钉扎层221、第二铁磁被钉扎层222和磁性界面层25均进行第二等离子体处理和第二退火处理。第二等离子体处理工艺和条件和第二退火处理工艺和条件均可参考实施例C。
上述制备方法包括以下几种实施方式：
实施方式二十一：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；以及在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25。
实施方式二十二：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；以及在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25。
实施方式二十三：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25；对磁性界面层25进行第二等离子体处理；以及对第二等离子体处理后的磁性界面层25进行第二退火处理。
实施方式二十四：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；以及在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25。
实施方式二十五：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25；对磁性界面层25进行第二等离子体处理；以及对第二等离子体处理后的磁性界面层25进行第二退火处理。
实施方式二十六：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25；对磁性界面层25进行第二等离子体处理；以及对第二等离子体处理后的磁性界面层25进行第二退火处理。
实施方式二十七：沉积反铁磁钉扎层21；在反铁磁钉扎层21上沉积第一铁磁被钉扎层221；对第一铁磁被钉扎层221进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第一铁磁被钉扎层221进行第二退火处理；在第一铁磁被钉扎层221上沉积非磁性中间层23；在非磁性中间层23上沉积第二铁磁被钉扎层222；对第二铁磁被钉扎层222进行第二等离子体处理；对第二等离子体处理后的第二铁磁被钉扎层222进行第二退火处理；在第二铁磁被钉扎层222上沉积非磁性耦合层24；在非磁性耦合层24上沉积磁性界面层25；对磁性界面层25进行第二等离子体处理；以及对第二等离子体处理后的磁性界面层25进行第二退火处理。形成上述反铁磁钉扎层21的材料可参考实施例A，形成上述第一铁磁被钉扎层221、第二铁磁被钉扎层222的材料和厚度可参考实施例B，形成非磁性耦合层24和磁性界面层25的材料和厚度可参考实施例F。
上述各在磁场中进行的第二退火处理，其中磁场的磁场强度为1000Oe～10000Oe，既能满足退火要求又能保证反铁磁钉扎层和相应的铁磁被钉扎层形成交换偏置。
上述参考层20的制作过程可以和前述的自由层40的制作过程进行自由组合。
前述参考层20、隧穿势垒层30和自由层40的设置方式为叠置，而形成其结构的次序有两种，既可以自下而上地设置参考层/隧穿势垒层/自由层，也可以自下而上第设置自由层/隧穿势垒层/钉扎层。
在本申请另一种优选的实施例中，上述制备方法包括：在缓冲层10上实施参考层20的制作过程，以在缓冲层10上设置参考层20；在参考层20上设置隧穿势垒层30；在隧穿势垒层30上实施自由层40的制作过程，以在隧穿势垒层30上述设置自由层40；以及在自由层40上设置保护层50。
所设置的缓冲层10能促进生长在其上的参考层20形成比较好的晶体织构，保护层50可保护整个磁性隧道结的功能结构免受水汽污染和氧化。
上述缓冲层10和保护层50均可采用沉积的方式设置，比如磁控溅射方法，具体设置条件可以参考现有技术，在此不再赘述。优选形成上述缓冲层10的材料包括Ta、Ti、TaN、TiN、Cu、Ag、Au、Al、Ir、Ru、Rh、Zr、Hf、MgO、Pt、Pd、NiCr合金、NiAl合金和NiTa合金组成的组中的一种或几种，更优选缓冲层10采用等离子体处理和/或退火处理。以改善其表面特性，从而使其能够和参考层20形成更好地界面接触性能。
另外，该隧穿势垒层30也可以采用现有技术常用的沉积方式设置，具体设置条件可以参考现有技术，在此不再赘述。优选形成上述隧穿势垒层30的材料选自MgO、AlOx、MgAlOx、TiOx、TaOx、GaOx和FeOx组成的组中的一种或几种，优选隧穿势垒层30的厚度为0.2～2nm。
以下将结合具体实施例，进一步说明本申请的退火处理的效果。
实施例1
在缓冲层(厚度为10nm的Ta层)之上沉积上沉积PtMn材料形成厚度为15nm的反铁磁钉扎层，在反铁磁钉扎层之上的沉积CoFeB形成厚度为3nm的铁磁被钉扎层，其中反铁磁钉扎层和铁磁被钉扎层形成参考层；在参考层上沉积MgO形成厚度为1nm的隧穿势垒层；在隧穿势垒层上沉积CoFeB形成厚度为2nm的磁性自由层，对磁性自由层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的刻蚀速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的磁性自由层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s；以及在磁性自由层上沉积Ta形成厚度为10nm的保护层50。上述各沉积采用的方法为磁控溅射，沉积温度为室温。
实施例2
与实施例1不同之处在于，退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为5s，降温速率为0.3℃/s。
实施例3
与实施例1不同之处在于，退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为400℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s。
实施例4
与实施例1不同之处在于，退火处理的升温速率为1.2℃/s，保温温度为400℃，保温时间为30min，降温速率为1.2℃/s。
实施例5
与实施例1不同之处在于，退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为60min，降温速率为0.3℃/s。
实施例6
与实施例1不同之处在于，退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为120℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s。
实施例7
与实施例1不同之处在于，退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为450℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s。
实施例8
与实施例1不同之处在于，退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为90min，降温速率为0.3℃/s。
实施例9
在缓冲层(厚度为10nm的Ta层)之上沉积上沉积PtMn材料形成厚度为15nm的反铁磁钉扎层，在反铁磁钉扎层之上的沉积CoFeB形成厚度为3nm的铁磁被钉扎层，其中反铁磁钉扎层和铁磁被钉扎层形成参考层；在参考层上沉积MgO形成厚度为1nm的隧穿势垒层；在隧穿势垒层上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第一层铁磁自由层，对第一层铁磁自由层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的刻蚀速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的第一层铁磁自由层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s；在第一层铁磁自由层上沉积Ta形成厚度为0.08nm的非磁性金属插入层，对非磁性金属插入层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的刻蚀速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的非磁性金属插入层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s，在非磁性金属插入层上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第二层铁磁自由层，其中第一层铁磁自由层、非磁性金属插入层和第二层铁磁自由层形成自由层；在第二层铁磁自由层上沉积Ta形成厚度为10nm的保护层50。上述各沉积采用的方法为磁控溅射，沉积温度为室温。
实施例10
在缓冲层(厚度为10nm的Ta层)之上沉积上沉积PtMn材料形成厚度为15nm的反铁磁钉扎层，在反铁磁钉扎层之上的沉积CoFeB形成厚度为3nm的铁磁被钉扎层，其中反铁磁钉扎层和铁磁被钉扎层形成参考层；在参考层上沉积MgO形成厚度为1nm的隧穿势垒层；在隧穿势垒层上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第一层铁磁自由层，对第一层铁磁自由层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的刻蚀速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的第一层铁磁自由层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s；在第一层铁磁自由层上沉积Ta形成厚度为0.08nm的非磁性金属插入层，对非磁性金属插入层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的刻蚀速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的非磁性金属插入层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s，在非磁性金属插入层上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第二层铁磁自由层，对第二层铁磁自由层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的刻蚀速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的第二层铁磁自由层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s，其中第一层铁磁自由层、非磁性金属插入层和第二层铁磁自由层形成自由层；在第二层铁磁自由层上沉积Ta形成厚度为10nm的保护层50。上述各沉积采用的方法为磁控溅射，沉积温度为室温。
实施例11
与实施例1不同之处在于，参考层的制作方式如下：
在缓冲层(厚度为10nm的Ta层)之上沉积PtMn材料形成厚度为15nm的反铁磁钉扎层，在反铁磁钉扎层之上的沉积CoFeB形成厚度为3nm的铁磁被钉扎层，对铁磁被钉扎层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的刻蚀速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的铁磁被钉扎层进行磁场退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s，，其中反铁磁钉扎层和铁磁被钉扎层形成参考层。
实施例12
与实施例1不同之处在于，参考层的制作方式如下：
在缓冲层(厚度为10的Ta层)之上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第一铁磁被钉扎层，在第一铁磁被钉扎层沉积Ru形成厚度为1nm的非磁性中间层；在非磁性中间层上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第二铁磁被钉扎层，其中，第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层和第二铁磁被钉扎层形成参考层。
实施例13
与实施例12不同之处在于，参考层的制作方式如下：
在缓冲层(厚度为10的Ta层)之上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第一铁磁被钉扎层，对第一铁磁被钉扎层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的第一铁磁被钉扎层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s，在退火处理后的第一铁磁被钉扎层沉积Ru形成厚度为1nm的非磁性中间层；在非磁性中间层上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第二铁磁被钉扎层，对第二铁磁被钉扎层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的第二铁磁被钉扎层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s，其中，第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层和第二铁磁被钉扎层形成参考层。
实施例14
与实施例1不同之处在于，参考层的制作方式如下：
在缓冲层(厚度为10的Ta层)之上沉积PtMn材料形成厚度为15nm的反铁磁钉扎层，在反铁磁钉扎层之上的沉积CoFeB形成厚度为2nm的第一铁磁被钉扎层，在第一铁磁被钉扎层上沉积Ru形成厚度为1nm的非磁性中间层；在非磁性中间层上上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第二铁磁被钉扎层，其中，反铁磁钉扎层、第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层和第二铁磁被钉扎层形成参考层。
实施例15
与实施例14不同之处在于，参考层的制作方式如下：
在缓冲层(厚度为10的Ta层)之上沉积PtMn材料形成厚度为15nm的反铁磁钉扎层，在反铁磁钉扎层之上的沉积CoFeB形成厚度为2nm的第一铁磁被钉扎层，对第一铁磁被钉扎层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的第一铁磁被钉扎层进行磁场退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s，在退火处理后的第一铁磁被钉扎层上沉积Ru形成厚度为1nm的非磁性中间层；在非磁性中间层上上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第二铁磁被钉扎层，对第二铁磁被钉扎层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成的第二铁磁被钉扎层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s，其中，反铁磁钉扎层、第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层和第二铁磁被钉扎层形成参考层。
实施例16
与实施例1不同之处在于，参考层的制作方式如下：
在缓冲层(厚度为10nm的Ta层)之上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第一铁磁被钉扎层；在第一铁磁被钉扎层上沉积Ru形成厚度为1nm的非磁中间层；在非磁中间层之上的沉积CoFeB形成厚度为2nm的第二铁磁被钉扎层；在第二铁磁被钉扎层上沉积Ta形成厚度为0.08nm的非磁性耦合层；在非磁性耦合层上沉积CoFeB形成厚度为1nm的磁性界面层，其中，第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层、第二铁磁被钉扎层、非磁性耦合层和磁性界面层形成参考层。
实施例17
与实施例16不同之处在于，参考层的制作方式如下：
在缓冲层(厚度为10nm的Ta层)之上沉积CoFeB形成厚度为2nm的第一铁磁被钉扎层；对第一铁磁被钉扎层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成第一铁磁被钉扎层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s；在退火处理后的第一铁磁被钉扎层上沉积Ru形成厚度为1nm的非磁中间层；在非磁中间层之上的沉积CoFeB形成厚度为2nm的第二铁磁被钉扎层；对第二铁磁被钉扎层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成第二铁磁被钉扎层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s；在退火处理后的第二铁磁被钉扎层上沉积Ta形成厚度为0.08nm的非磁性耦合层；在非磁性耦合层上沉积CoFeB形成厚度为1nm的磁性界面层；对磁性界面层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成磁性界面层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s，其中，第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层、第二铁磁被钉扎层、非磁性耦合层和磁性界面层形成参考层。
实施例18
与实施例1不同之处在于，参考层的制作方式如下：
在缓冲层(厚度为10nm的Ta层)之上沉积PtMn材料形成厚度为15nm的反铁磁钉扎层，在反铁磁钉扎层之上的沉积CoFeB形成厚度为2nm的第一铁磁被钉扎层；在第一铁磁被钉扎层上沉积Ru形成厚度为1nm的非磁中间层；在非磁中间层之上的沉积CoFeB形成厚度为2nm的第二铁磁被钉扎层；在第二铁磁被钉扎层上沉积Ta形成厚度为0.08nm的非磁性耦合层；在非磁性耦合层上沉积CoFeB形成厚度为1nm的磁性界面层，其中，反铁磁钉扎层、第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层、第二铁磁被钉扎层、非磁性耦合层和磁性界面层形成参考层。
实施例19
与实施例18不同之处在于，参考层的制作方式如下：
在缓冲层(厚度为10nm的Ta层)之上沉积PtMn材料形成厚度为15nm的反铁磁钉扎层，在反铁磁钉扎层之上的沉积CoFeB形成厚度为2nm的第一铁磁被钉扎层；对第一铁磁被钉扎层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成第一铁磁被钉扎层进行磁场退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s；在退火处理后的第一铁磁被钉扎层上沉积Ru形成厚度为1nm的非磁中间层；在非磁中间层之上的沉积CoFeB形成厚度为2nm的第二铁磁被钉扎层；对第二铁磁被钉扎层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成第二铁磁被钉扎层进行磁场退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s；在退火处理后的第二铁磁被钉扎层上沉积Ta形成厚度为0.08nm的非磁性耦合层；在非磁性耦合层上沉积CoFeB形成厚度为1nm的磁性界面层；对磁性界面层进行等离子体处理，其中，等离子体处理的速率为0.02nm/s，处理时间为30s，对等离子体处理完成磁性界面层进行退火处理，其中退火处理的升温速率为0.3℃/s，保温温度为250℃，保温时间为30min，降温速率为0.3℃/s，其中，反铁磁钉扎层、第一铁磁被钉扎层、非磁性中间层、第二铁磁被钉扎层、非磁性耦合层和磁性界面层形成参考层。
对比例1
与实施例1不同之处在于，没有对磁性自由层进行等离子体处理和退火处理。
对比例2
与实施例9不同之处在于，没有对第一层铁磁自由层、非磁性金属插入层和第二层铁磁自由层进行等离子体处理和退火处理。
对实施例1至19以及对比例1至2的磁性隧道结的隧道磁电阻(TMR)和RA进行检测，检测结果见表1。
表1
| TMR(％) | RA(Ω·μm2) | |
| 实施例1 | 119.2 | 7.8 |
| 实施例2 | 117.8 | 8.0 |
| 实施例3 | 120.5 | 7.7 |
| 实施例4 | 115.2 | 8.2 |
| 实施例5 | 119.8 | 7.8 |
| 实施例6 | 117.9 | 7.9 |
| 实施例7 | 115.7 | 8.3 |
| 实施例8 | 119.1 | 7.9 |
| 实施例9 | 120.3 | 7.6 |
| 实施例10 | 121.5 | 7.4 |
| 实施例11 | 123.2 | 7.3 |
| 实施例12 | 145.8 | 9.4 |
| 实施例13 | 146.0 | 9.0 |
| 实施例14 | 143.2 | 8.7 |
| 实施例15 | 145.2 | 8.5 |
| 实施例16 | 146.5 | 8.4 |
| 实施例17 | 147.1 | 8.2 |
| 实施例18 | 152.1 | 8.7 |
| 实施例19 | 154.2 | 8.4 |
| 对比例1 | 112.5 | 8.1 |
| 对比例2 | 120.4 | 7.6 |
与对比例相比较，在对自由层和参考层中的薄膜增加了退火处理之后，其TMR值可提高6％左右，说明退火处理后的界面处的性能有所改善；同时其RA值也有一定幅度的降低，也说明了界面处粗糙度也有一定程度的降低。通过实施例1、实施例2和实施例5相比较，可以看出适当延长退火时间下的退火对TMR的增加和RA值的降低作用相对更明显；通过实施例1、实施例3和实施例6，适当增加退火温度对TMR的增加和RA值的降低作用相对更明显；但是，通过实施例3和4的对比可以看出，升降温速率过快其对TMR的增加和RA值的降低作用改善效果不明显，这是因为升降温的速率过快会增加薄膜内部的应力，不利于磁隧道结的性能提升；通过对比例1、实施例1和7的对比可以看出，退火处理温度进一步提高，虽然在一定程度上能够提高磁隧道结的整体性能，但是TMR的增加程度和RA值的降低程度反而不明显；通过实施例1和实施例8的对比例可以看出，退火处理时间进一步延长，对磁隧道结中自由层界面处的性能改善效果不明显，而且退火时间的延长会导致实际生产中产量的降低，因此，在实际生产中尽量控制退火时间在合理范围内。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
利用第一退火处理对第一等离子体处理之后的一层或多层薄膜进行原位热处理，进而减少或者消除第一等离子体处理可能造成的损伤或缺陷，改善自由层的表面特性，进而提高具有该自由层的磁性隧道结的综合性能，比如提高磁性隧道结的TMR值，降低其RA值。
利用第二退火处理对第二等离子体处理之后的一层或多层膜层进行原位热处理，进而减少或者消除第二等离子体处理可能造成的损伤或缺陷，改善参考层的表面特性，进而提高具有该参考层的磁性隧道结的综合性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (19)
1.一种磁性隧道结的自由层的制备方法，其特征在于，包括采用沉积工艺设置所述自由层的各薄膜，对各所述薄膜中的一层或多层进行第一等离子体处理，以及对第一等离子体处理后的各所述薄膜中的一层或多层进行第一退火处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一退火处理的保温温度为120～400℃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一退火处理的保温时间为5s～1h。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一退火处理的升温速率为0.1～1℃/s，优选为0.3℃/s，优选所述第一退火处理的降温速率为0.1～1℃/s，优选为0.3℃/s。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述薄膜包括铁磁自由层(40’)，所述制备方法包括：
沉积所述铁磁自由层(40’)；
对所述铁磁自由层(40’)进行所述第一等离子体处理；
对第一等离子体处理后的所述铁磁自由层(40’)进行所述第一退火处理。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述薄膜包括第一层铁磁自由层(41)、非磁性金属插入层(42)和第二层铁磁自由层(43)，所述制备方法包括：
沉积所述第一层铁磁自由层(41)；
可选的，对所述第一层铁磁自由层(41)进行所述第一等离子体处理；
可选的，对等离子体处理后的第一层铁磁自由层(41)进行所述第一退火处理；
在沉积的所述第一层铁磁自由层(41)或者所述第一等离子体处理后的所述第一层铁磁自由层(41)或者第一退火处理后的所述第一层铁磁自由层(41)上沉积所述非磁性金属插入层(42)；
可选的，对所述非磁性金属插入层(42)进行所述第一等离子体处理；
可选的，对第一等离子体处理后的非磁性金属插入层(42)进行所述第一退火处理；
在沉积的所述非磁性金属插入层(42)或者所述第一等离子体处理后的所述非磁性金属插入层(42)或者所述第一退火处理后的所述非磁性金属插入层(42)上沉积所述第二层铁磁自由层(43)；
可选的，对所述第二层铁磁自由层(43)进行第一等离子体处理；
可选的，对第一等离子体处理后的第二层铁磁自由层(43)进行第一退火处理。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一等离子体处理过程中对所述薄膜的刻蚀速率小于0.02nm/s，优选所述第一等离子体处理刻蚀去除的材料厚度为0.01～1nm。
8.一种磁性隧道结的制备方法，所述制备方法包括自由层(40)的制作过程，其特征在于，所述自由层(40)的制作过程采用权利要求1至7中任一项所述的制备方法实施。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述磁性隧道结包括依次叠置的参考层(20)、隧穿势垒层(30)和所述自由层(40)，所述制备方法还包括所述参考层(20)的制作过程，所述制作过程包括：包括采用沉积工艺设置所述参考层(20)的各膜层，对各所述膜层中的一层或多层进行第二等离子体处理，以及对所述第二等离子体处理后的各所述膜层中的一层或多层进行第二退火处理。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第二退火处理的保温温度为120～400℃，优选所述第二退火处理的保温时间为5s～1h，更优选所述第二退火处理的升温速率为0.1～1℃/s，进一步优选所述第二退火处理的降温速率为0.1～1℃/s。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述参考层的各膜层包括反铁磁钉扎层(21)和铁磁被钉扎层(22)，所述制备方法包括：
沉积反铁磁钉扎层(21)；
在所述反铁磁钉扎层(21)之上沉积铁磁被钉扎层(22)；
对所述铁磁被钉扎层(22)进行所述第二等离子体处理；以及
在磁场中，对所述第二等离子体处理后的所述铁磁被钉扎层(22)进行所述第二退火处理。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述参考层的各膜层包括第一铁磁被钉扎层(221)、非磁性中间层(23)和第二铁磁被钉扎层(222)，所述制备方法包括：
沉积所述第一铁磁被钉扎层(221)；
可选的，对所述第一铁磁被钉扎层(221)进行所述第二等离子体处理；
可选的，对所述第二等离子体处理后的所述第一铁磁被钉扎层(221)进行所述第二退火处理；
在所述第一铁磁被钉扎层(221)上沉积非磁性中间层(23)；
在所述非磁性中间层(23)上沉积所述第二铁磁被钉扎层(222)；
可选的，对所述第二铁磁被钉扎层(222)进行所述第二等离子体处理；以及
可选的，对所述第二等离子体处理后的所述第二铁磁被钉扎层(222)进行所述第二退火处理。
13.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述参考层的各膜层包括反铁磁钉扎层(21)、第一铁磁被钉扎层(221)、非磁性中间层(23)和第二铁磁被钉扎层(222)，所述制备方法包括：
沉积所述反铁磁钉扎层(21)；
在所述反铁磁钉扎层(21)上沉积所述第一铁磁被钉扎层(221)；
可选的，对所述第一铁磁被钉扎层(221)进行所述第二等离子体处理；
可选的，在磁场中，对所述第二等离子体处理后的所述第一铁磁被钉扎层(221)进行所述第二退火处理；
在所述第一铁磁被钉扎层(221)上沉积所述非磁性中间层(23)；
在所述非磁性中间层(23)上沉积所述第二铁磁被钉扎层(222)；
可选的，对所述第二铁磁被钉扎层(222)进行所述第二等离子体处理；以及
可选的，在磁场中，对所述第二等离子体处理后的所述第二铁磁被钉扎层(222)进行所述第二退火处理。
14.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述参考层的各膜层包括第一铁磁被钉扎层(221)、非磁性中间层(23)、第二铁磁被钉扎层(222)、非磁性耦合层(24)、磁性界面层(25)，所述制备方法包括：
沉积所述第一铁磁被钉扎层(221)；
可选的，对所述第一铁磁被钉扎层(221)进行所述第二等离子体处理；
可选的，对所述第二等离子体处理后的所述第一铁磁被钉扎层(221)进行所述第二退火处理；
在所述第一铁磁被钉扎层(221)上沉积所述非磁性中间层(23)；
在所述非磁性中间层(23)上沉积所述第二铁磁被钉扎层(222)；
可选的，对所述第二铁磁被钉扎层(222)进行所述第二等离子体处理；
可选的，对所述第二等离子体处理后的所述第二铁磁被钉扎层(222)进行所述第二退火处理；
在所述第二铁磁被钉扎层(222)上沉积所述非磁性耦合层(24)；
在所述非磁性耦合层(24)上沉积磁性界面层(25)；
可选的，对所述磁性界面层(25)进行所述第二等离子体处理；以及
可选的，对所述第二等离子体处理后的所述磁性界面层(25)进行所述第二退火处理。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述参考层的各膜层还包括反铁磁钉扎层(21)，所述制备方法还包括在沉积所述第一铁磁被钉扎层(221)之前沉积所述反铁磁钉扎层(21)，且所述第一铁磁被钉扎层(221)沉积在设置在所述反铁磁钉扎层(21)上，当对所述第二等离子体处理后的所述第一铁磁被钉扎层(221)或所述第二铁磁被钉扎层(222)进行退火处理时，在磁场中进行所述第二退火处理。
16.根据权利要求11、13或15所述的制备方法，其特征在于，所述磁场的磁场强度为1000Oe～10000Oe。
17.根据权利要求9至15中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二等离子体处理过程中对所述膜层的刻蚀速率小于0.02nm/s，优选所述第二等离子体处理刻蚀去除的材料厚度为0.01～1nm。
18.根据权利要求9至15中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在缓冲层(10)上实施所述参考层(20)的制作过程，以在所述缓冲层(10)上设置所述参考层(20)；
在所述参考层(20)上设置隧穿势垒层(30)；
在所述隧穿势垒层(30)上实施所述自由层(40)的制作过程，以在所述隧穿势垒层(30)上述设置所述自由层(40)；以及
在所述自由层(40)上设置保护层(50)。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲层(10)采用等离子体处理和/或退火处理。
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