CN111816762A - 一种磁性随机存储器磁性存储单元及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁性随机存取器磁性存储单元及其形成方法，其包括依次沉积的底电极、磁性隧道结和顶电极，在磁性隧道结内部按照非晶态缓冲层、晶态种子层、合成反铁层、合成反铁层‑参考层铁磁耦合层、参考层、势垒层、自由层和覆盖层的多层结构依次向上叠加。形成步骤包括：步骤1：提供表面抛光的带CMOS通孔的基底；步骤2：沉积底电极；步骤3：沉积磁性隧道结多层膜和顶电极；步骤4：选择350～450℃对沉积之后的磁性隧道结结构单元退火，以使得参考层和自由层在NaCl结构势垒层的模板作用下从非晶结构转变成BCC(001)的晶体结构。
Description
技术领域
本发明涉及具有垂直各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA)的磁性随机存储器(MRAM，Magnetic Radom Access Memory)，具体来说，本发明涉及一种含非晶态缓冲层(Amorphous Buffer Layer，ABL)和晶态种子层(Crystal Seed Layer，CSL)的双层结构的磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction)单元结构以及底电极(BottomElectrode，BE)的制作工艺。
背景技术
近年来，采用磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)的MRAM被人们认为是未来的固态非易失性记忆体，它具有高速读写、大容量以及低能耗的特点。铁磁性MTJ通常为三明治结构，其中有磁性自由层(Free Layer，FL)，它可以改变磁化方向以记录不同的数据；位于中间的绝缘隧道势垒层(Barrier Layer，BL)；磁性参考层(Reference Layer，RL)，位于隧道势垒层的另一侧，它的磁化方向不变。可以是由参考层，势垒层和记忆层的依次向上叠加的底部钉扎(Bottom Pinned)结构或者是由记忆层，势垒层和参考层的依次向上叠加的顶部钉扎(Top Pinned)结构。目前底部钉扎结构较为流行。
为能在这种磁电阻元件中记录信息，建议使用基于自旋动量转移或称自旋转移矩(STT，Spin Transfer Torque)转换技术的写方法，这样的MRAM称为STT-MRAM。根据磁极化方向的不同，STT-MRAM又分为面内STT-MRAM和垂直STT-MRAM(即pSTT-MRAM)，后者有更好的性能。在具有垂直各向异性(PMA)的磁性隧道结(MTJ)中，作为存储信息的自由层，在垂直方向拥有两个磁化方向，即：向上和向下，分别对应二进制中的“0”和“1”或者“1”和“0”。在实际应用中，在读取信息或者空置的时候，自由层的磁化方向保持不变；在写的过程中，如果有与现有不同状态的信号输入的时候，那么自由层的磁化方向将会在垂直方向上发生180度的翻转。业界把这种空置状态之下，磁性存储器的自由层保持磁化方向不变的能力叫做数据保存能力(Data Retention)或者热稳定性(Thermal Stability)。在不同的应用场景中要求不一样。对于一个典型的非易失存储器(Non-volatile Memory，NVM)的热稳定性要求是在125℃的条件可以保存数据10年。
在外磁场翻转、热扰动、电流扰动或读写操作时，为了实现参考层(ReferenceLayer)的磁化矢量具有不变的方向。通常会制作一层具有强烈垂直各向异性(PMA)的超晶格合成反铁磁层(Synthetic Anti-Ferrimagnet Layer，SyAF)来实现参考层(RL)的钉扎。
超晶格合成反铁层(SyAF)的结构一般为[Co/(Pt,Pd或Ni)]nCo/(Ru,Ir或Rh)/Co[(Pt,Pd或Ni)/Co]m(其中，m≥0，单层Co，(Pt,Pd或Ni)和(Ru,Ir或Rh)的厚度小于1nm，更进一步地，Co和(Pt,Pd或Ni)的单层厚度可以在0.5nm之下，比如：0.10nm，0.15nm，0.20nm，0.25nm，0.30nm，0.35nm，0.40nm，0.45nm或0.50nm等。
由于合成反铁层(SyAF)强烈的垂直各向异性(PMA)主要来自于Co/(Pt,Pd或Ni)/Co的两个界面，那么物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)制作合成反铁磁层(SyAF)的工艺也变得异常苛刻，特别是当Co和(Pt,Pd或Ni)的厚度小于一个原子层的时候。
实验表明，在PVD制作FCC(111)的SyAF工艺中，不但对沉积气压、温度和功率等参数有严格的限制，同时，对沉积前基底也提出了要求，比如：要求沉积前的基底的表面粗糙度(Root Square Roughness，RMS)要在0.1nm量级，沉积前基底的晶格常数要和合成反铁磁层(SyAF)的晶格常数相差不要太大，沉积前基底的表面状态要利于FCC(111)的SyAF按照层状生长(Frank-Van der Merwe型)模式成核生长等。
更进一步地，势垒层的厚度一般小于1.5nm，一般具有NaCl型FCC(100)的结构，为了避免尼尔效应(Neel Effect)或针孔(Pin hole)等产生对隧穿磁阻率(TunnelMagnetoresistance Ratio，TMR)/电阻面积积(Resistance Area，RA)等磁性性能不利的影响，也对MTJ沉积前基底提出了严格的要求。
在目前的MRAM的工艺中，一般为直接在表面抛光的CMOS通孔(VIA)进行磁性隧道结底电极(Bottom Electrode，BE)，磁性隧道结(MTJ)和磁性隧道结顶电极(TopElectrode，TE)的制作。那么，底电极(BE)的制作工艺和怎样实现底电极(BE)和磁性隧道结(MTJ)衔接的工艺则变得异常重要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种磁性随机存储器磁性存储单元及其形成方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种磁性随机存取器磁性存储单元，其包括依次沉积的底电极、磁性隧道结和顶电极，在磁性隧道结内部按照非晶态缓冲层、晶态种子层、合成反铁层、合成反铁层-参考层铁磁耦合层、参考层、势垒层、自由层和覆盖层的多层结构依次向上叠加。
本发明还提供一种磁性随机存取器磁性存储单元形成方法，其形成步骤包括：
步骤1：提供表面抛光的带CMOS通孔的基底；
步骤2：沉积底电极；
步骤3：沉积磁性隧道结多层膜和顶电极；
步骤4：选择350～450℃对沉积之后的磁性隧道结结构单元退火，以使得参考层和自由层在NaCl结构势垒层的模板作用下从非晶结构转变成BCC(001)的晶体结构，磁性隧道结结构单元内部按照非晶态缓冲层、晶态种子层、合成反铁层、合成反铁层-参考层铁磁耦合层、参考层、势垒层、自由层和覆盖层的多层结构依次向上叠加。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明提供的磁性随机存取器磁性存储单元，提供了一种底电极(BE)和磁性隧道结(MTJ)相衔接的方式和底电极(BE)的制作方法。
通过本发明提供的底电极(BE)及其制作工艺，非晶态缓冲层(ABL)和晶态种子层(CSL)使得在沉积MTJ磁性结构单元之前沉积前基底具有良好的表面粗糙度(平滑度)、表面态和成核点，由于非晶态缓冲层(ABL)的引入使得底电极(BE)和MTJ单元并不会因为晶格常数不同而影响MTJ单元晶格结构的正常生长。非常有利整个MTJ单元磁学、电学和良率的提升以及器件的缩微化。
附图说明
图1：根据本发明一种磁性随机存取器磁性存储单元，带双层底电极(BE)、带非晶态缓冲层(ABL)和晶态种子层(CSL)的磁性隧道结(MTJ)和顶电极(TE)单元结构的示意图。
图2：根据本发明一种磁性随机存取器磁性存储单元，在表面抛光的CMOS VIA上，依次沉积底电极(BE)、磁性隧道结(MTJ)多层膜和顶电极(TE)之后的示意图。
图3：根据本发明一种磁性随机存取器磁性存储单元，第一底电极(BE1)和化学机械平坦化(CMP)第一底电极(BE1)的示意图。
图4：根据本发明一种磁性随机存取器磁性存储单元，第二底电极(BE2)的示意图。
图中所示：20-CMP平坦化工作台，100-表面抛光带CMOS VIA的衬底，110-CMOS VIA层间电介质，120-CMOS VIA金属扩散阻挡层，130-CMOS VIA金属，200-底电极，210-第一底电极(BE1)，211-第一底电极(BE1)非晶隔断层，220-第二底电极(BE2)，300-磁性隧道结(MTJ)，310-非晶态缓冲层(ABL)，311-第一非晶态缓冲层(ABL1)，312-第二非晶态缓冲层(ABL2)，320-晶态种子层(CSL)，330-合成反铁磁层(SyAF)，340-合成反铁层(SyAF)-参考层铁磁耦合层，350-参考层，360-势垒层，370-自由层，380-覆盖层和400-顶电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的磁性随机存取器磁性存储单元，提供了一种底电极(BE)和磁性隧道结(MTJ)相衔接的方式和底电极(BE)的制作方法。
更具体地，在磁性隧道结(MTJ)300内部按照非晶态缓冲层(ABL)310、晶态种子层(CSL)320、合成反铁层(SyAF)330、合成反铁层(SyAF)-参考层铁磁耦合层340、参考层350、势垒层360、自由层370和覆盖层(Capping Layer)380的多层结构依次向上叠加。
更进一步，非晶态缓冲层(ABL)310为(XYZ、XY、XZ或YZ)/(Y、XY、XYZ、Y/XY、XY/Y、Y/XYZ或XYZ/Y)的双层或三层结构，或者(XYZ、XY、XZ或YZ)/氧化/(Y、XY、XYZ、Y/XY、XY/Y、Y/XYZ或XYZ/Y)的双层或三层结构，其中，X可以是B、C、N、Si、P、As、Sb、Ge、Sn或它们的组合，Y可以是Ta、Hf、W、Ti、Mg、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Co、Fe或它们的组合，Z可以是Cu、Ag、Al、Zn、Ga、Cd、Ni或它们的组合。非晶态缓冲层(ABL)310也可以为上述结构的多次重复。
晶态种子层(CSL)320为Pt，(Ru,Ir,Rh)/Pt，(Co,Ni,Fe)Cr或(Co,Ni,Fe)Cr/Pt等。
底电极(BE)200分为第一底电极(BE1)210和第二底电极(BE2)，其中，在沉积底电极(BE1)之后，选择平坦化工艺对其处理以获得磁性隧道结(MTJ)300沉积前所需的表面粗糙度。并可以选择性的沉积或是并不沉积第二底电极(BE2)，同时为了防止底电极晶粒的长大，可以在底电极沉积过程中穿插非晶态隔断层。
通过本发明提供的底电极(BE)及其制作工艺，非晶态缓冲层(ABL)和晶态种子层(CSL)使得在沉积MTJ磁性结构单元之前沉积前基底具有良好的表面粗糙度(平滑度)、表面态和成核点，由于非晶态缓冲层(ABL)的引入使得底电极(BE)和MTJ单元并不会因为晶格常数不同而影响MTJ单元晶格结构的正常生长。非常有利整个MTJ单元磁学、电学和良率的提升以及器件的缩微化。
如图1所示，根据本发明提供的磁性随机存取器磁性存储单元，包括底电极(BE)200、磁性隧道结(MTJ)300和顶电极(TE)400。所有沉积工艺在物理气相沉积(PVD)工艺腔体中完成。
更具体地，在磁性隧道结(MTJ)300内部按照非晶态缓冲层(ABL)310、晶态种子层(CSL)320、合成反铁层(SyAF)330、合成反铁层(SyAF)-参考层铁磁耦合层340、参考层350、势垒层360、自由层370和覆盖层(Capping Layer)380的多层结构依次向上叠加。
如图1(b)所示：非晶态缓冲层(ABL)310为双层结构，具体可以划分为第一非晶态缓冲层(ABL1)311和第二非晶态缓冲层(ABL2)312。
其中，第一非晶态缓冲层(ABL1)311的总厚度为0nm～2.0nm，具体结构为XYZ、XY、XZ、YZ，优选为CoX、FeX、NiX、CoFeX、CoFeXZ、CoFeXY、CoFeXYZ、NiCr、NiFeCr、NiCrX、NiCrY、NiCrZ、NiFeCrX、NiFeCrY或NiFeCrZ，其中，X是B、C、N、Si、P、As、Sb、Ge、Sn或它们的组合，Y是Ta、Hf、W、Ti、Mg、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Co、Fe或它们的组合，Z是Cu、Ag、Al、Zn、Ga、Cd、Ni或它们的组合。
更进一步地，可以选择性在第一非晶态缓冲层(ABL1)311对其进行轻微的氧化，氧化工艺可以采用O3、O2或O等。
第二非晶态缓冲层(ABL2)312位于第一非晶态缓冲层之上，其总厚度为0.2nm～5.0nm，其结构为Y、XY、XYZ、Y/XY、XY/Y、Y/XYZ、XYZ/Y，结构选择为不同于第一非晶态缓冲层的材料结构，优选为Ta、TaN、Hf、HfN、TaN/Ta、TaN/Hf、HfN/Ta、HfN/Hf、Hf/TaN、Hf/HfN、Ta/HfN、Ta/TaN或它们的组合，其中，X是B、C、N、Si、P、As、Sb、Ge、Sn或它们的组合，Y是Ta、Hf、W、Ti、Mg、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Co、Fe或它们的组合，Z是Cu、Ag、Al、Zn、Ga、Cd、Ni或它们的组合。更进一步地，可以在第二非晶态缓冲层(ABL2)312薄膜中间和/或之后，采用刻蚀工艺或惰性气体离子轰击对其进行表面处理。
非晶态缓冲层(ABL)310可以是上述双层结构的多次重复，例如[(ABL1)311/(ABL2)312]/[(ABL1)311/(ABL2)312]。实验数据显示双层结构的多次重复更优于双层结构，不仅进一步提高了MTJ的平整度，而且提升了隧道磁电阻率(TMR)。
添加非晶态缓冲层(ABL)310为双层结构或双层结构的多次重复的较优效果为有效的避免了因为底电极(BE)200的晶格常数和晶态种子层(CSL)320的晶格常数不匹配而对形成理想的晶态种子层(CSL)320的FCC(111)界面晶向结构和磁性隧道结300的PVD沉积带来的不利的影响。
晶态种子层(CSL)320的总厚度为1nm～10nm，其具体结构为Pt、Ru/Pt、Ir/Pt、Rh/Pt、CoCr、NiCr、FeCr、CoCr/Pt、NiCr/Pt或FeCr/Pt等。添加具有FCC(111)界面晶向结构的晶态种子层(CSL)320的较优效果为使合成反铁磁层(SyAF)330能够更好的成核生长，同时也提供了一个垂直各向异性(PMA)的界面来源，有力增强SyAF 330的稳定性。
超晶格合成反铁层(SyAF)330的结构一般为[Co/(Pt,Pd或Ni)]nCo/(Ru,Ir或Rh)/Co[(Pt,Pd或Ni)/Co]m(其中，m≥0，单层Co，(Pt,Pd或Ni)和(Ru,Ir或Rh)的厚度小于1nm，更进一步地，Co和(Pt,Pd或Ni)的单层厚度可以在0.5nm之下，比如：0.10nm，0.15nm，0.20nm，0.25nm，0.30nm，0.35nm，0.40nm，0.45nm或0.50nm等。
合成反铁层(SyAF)-参考层铁磁耦合层340，其组成材料一般为Ta、W、Mo、Hf、Fe、CoX、FeX、FeCoX、CoBX、FeBX或FeCoBX，其中，X是Ta、W、Mo、Hf或它们的组合。
其主要作用在于实现具有FCC(111)的合成反铁层(SyAF)330和具有BCC(001)的参考层350的晶格隔断。
参考层350的厚度为0.5nm～2.0nm，一般为Co、Fe、Ni、CoFe、CoB、FeB、CoFeB或它们的组合等。
势垒层360为非磁性金属氧化物，其总厚度为0.6nm～1.5nm，优选MgO、MgZnO、MgBO或MgAlO。更进一步可以选择MgO。
自由层370具有可变磁极化，其总厚度为1.0nm～3nm，一般由CoB、FeB、CoFeB、CoFe/CoFeB、Fe/CoFeB、CoFeB/(Ta,W,Mo,Hf)/CoFeB、Fe/CoFeB/(W,Mo,Hf)/CoFeB或CoFe/CoFeB/(W,Mo,Hf)/CoFeB等组成，更进一步地可以选择CoFeB/(W,Mo,Hf)/CoFeB、Fe/CoFeB/(W,Mo,Hf)/CoFeB或CoFe/CoFeB/(W,Mo,Hf)/CoFeB结构。
通常，在自由层370沉积之后，再次沉积一层覆盖层380，一般为(Mg,MgO,ZnO，AlO，MgZnO,MgBO或MgAlO)/(W,Mo,Mg,Nb,Ru,Hf,V,Cr,Pt，Ag，Cu，Au，Ir，Rh或它们的组合)双层结构，更优地，可以选择MgO/(W,Mo,Hf)/Ru或MgO/Pt/(W,Mo,Hf)/Ru等结构。选择MgO的较优效果为自由层370提供了一个额外界面各向异性的来源，从而增加了热稳定。
如图2所示：根据本发明提供的磁性随机存取器磁性存储单元,其形成步骤包括：
步骤1：提供表面抛光的带Cu CMOS通孔(VIA)的基底100；
步骤2：沉积底电极(BE)200；
步骤3：沉积磁性隧道结(MTJ)多层膜300和顶电极(TE)400；
步骤4：选择400℃对沉积之后的磁性隧道结(MTJ)结构单元退火，以使得参考层350和自由层370在NaCl结构势垒层360的模板作用下从非晶结构转变成BCC(001)的晶体结构。
更进一步地，底电极(BE)200可以分为第一底电极(BE1)210和第二底电极(BE2)220，其中，第一底电极(BE)的总厚度为5nm～70nm，第二底电极的厚度为0nm～50nm(即在第一底电极210之后可以选择性制作或不制作第二底电极220)。调节底电极(BE)200的总厚度和材料以在磁性隧道结单元阵列加工后获得最佳的电阻。
第一底电极(BE1)210的材料为Ti、TiON、Ta、TaN、TaON、W、WN、WON、Ru或它们的组合，如图3(a)所示。
更进一步地，可以选择TiNx(x≤1)做为第一底电极(BE1)210材料，并可选择性地在TiNx上沉积一层Ti。
如图3(b)所示，更进一步地，为防止在PVD沉积的工艺过程中，第一底电极(BE1)210晶粒的长大，可以在第一底电极(BE1)210的沉积过程中任意的穿插一层或多层第一底电极(BE1)非晶隔断层211。第一底电极(BE1)非晶隔断层211的总厚度为0.2nm～3nm，其材料为Ta、TaN、CoX、CoX、CoFeX、CoXY、FeX、CoFeXY或它们的组合，其中，X可以是B、C、Si、P、As、Sb、Ge或Sn等，Y可以是Ta、W、Ti、Mg、Al、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru或Hf等。
如图3(c)所示，在第一底电极(BE1)210PVD沉积工艺之后，为了进一步提高其表面粗糙度(RMS)，使其达到0.1nm或0.2nm的水平，选择化学机械平坦化(Chemical MechanicalPlanarization，CMP)工艺对其平坦化处理。
其中，在CMP工艺中，控制CMP的PH值为0～7，并可以添加H2O2，KIO3，Fe(NO3)3或K3Fe(CN)6等氧化剂到研磨浆水溶液中，以增加其氧化还原势。
更进一步地，可以选择SiO2、Al2O3、CeO2或MnO2等为研磨料。
更进一步地，当选择在第一底电极(BE1)210沉积之后，进行第二底电极(BE2)220的制作，其结构如下：
第二底电极(BE2)220的材料为Ti、TiON、Ta、TaN、TaON、W、WN、WON、Ru或它们的组合，如图4(a)所示。
更进一步地，可以选择TiNx(x≤1)做为第二底电极(BE1)220材料，并可选择性地在TiNx上沉积一层Ti。
如图4(b)所示，更进一步地，为防止在PVD沉积的工艺过程中，第二底电极(BE2)220晶粒的长大，可以在第二底电极(BE2)220的沉积过程中任意的穿插一层或多层第二底电极(BE2)非晶隔断层221。第二底电极(BE2)非晶隔断层221的总厚度为0.2nm～3nm，其材料为Ta、TaN、CoX、CoX、CoFeX、CoXY、FeX、NiX、NiFeX、NiCr、NiFeCr、NiCrY、NiFeCrY、CoFeXY、NiFeXY或它们的组合，其中，X可以是B、C、Si、P、As、Sb、Ge或Sn等，Y可以是Ta、W、Ti、Mg、Al、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru或Hf等。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种磁性随机存取器磁性存储单元，其特征在于，其包括依次沉积的底电极、磁性隧道结和顶电极，在磁性隧道结内部按照非晶态缓冲层、晶态种子层、合成反铁层、合成反铁层-参考层铁磁耦合层、参考层、势垒层、自由层和覆盖层的多层结构依次向上叠加。
2.如权利要求1所述的磁性随机存取器磁性存储单元，其特征在于，非晶态缓冲层为双层结构或者双层结构的多次重复，划分为第一非晶态缓冲层和第二非晶态缓冲层；
其中，第一非晶态缓冲层的总厚度为0nm～2.0nm，结构为XYZ、XY、XZ、YZ，具体为CoX、FeX、NiX、CoFeX、CoFeXZ、CoFeXY、CoFeXYZ、NiCr、NiFeCr、NiCrX、NiCrY、NiCrZ、NiFeCrX、NiFeCrY或NiFeCrZ，其中，X是B、C、N、Si、P、As、Sb、Ge、Sn或它们的组合，Y是Ta、Hf、W、Ti、Mg、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Co、Fe或它们的组合，Z是Cu、Ag、Al、Zn、Ga、Cd、Ni或它们的组合；
第二非晶态缓冲层位于第一非晶态缓冲层之上，其总厚度为0.2nm～5.0nm，结构为Y、XY、XYZ、Y/XY、XY/Y、Y/XYZ、XYZ/Y，具体结构选择为不同于第一非晶态缓冲层的结构，具体为Ta、TaN、Hf、HfN、TaN/Ta、TaN/Hf、HfN/Ta、HfN/Hf、Hf/TaN、Hf/HfN、Ta/HfN、Ta/TaN或它们的组合，其中，X是B、C、N、Si、P、As、Sb、Ge、Sn或它们的组合，Y是Ta、Hf、W、Ti、Mg、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Co、Fe或它们的组合，Z是Cu、Ag、Al、Zn、Ga、Cd、Ni或它们的组合；
晶态种子层的总厚度为1nm～10nm，结构为Pt、Ru/Pt、Ir/Pt、Rh/Pt、CoCr、NiCr、FeCr、CoCr/Pt、NiCr/Pt或FeCr/Pt；
合成反铁层的结构一般为[Co/(Pt,Pd或Ni)]nCo/(Ru,Ir或Rh)/Co[(Pt,Pd或Ni)/Co]m，其中，m≥0，单层Co，(Pt,Pd或Ni)和(Ru,Ir或Rh)的厚度小于1nm；
合成反铁层-参考层铁磁耦合层组成材料一般为Ta、W、Mo、Hf、Fe、CoX、FeX、FeCoX、CoBX、FeBX或FeCoBX，其中，X是Ta、W、Mo、Hf或它们的组合；
参考层的厚度为0.5nm～2.0nm，一般为Co、Fe、Ni、CoFe、CoB、FeB、CoFeB或它们的组合；
势垒层为非磁性金属氧化物，其组成材料为MgO、MgZnO、MgBO或MgAlO，总厚度为0.6nm～1.5nm；
自由层具有可变磁极化，总厚度为1.0nm～3nm，一般由CoB、FeB、CoFeB、CoFe/CoFeB、Fe/CoFeB、CoFeB/(Ta,W,Mo,Hf)/CoFeB、Fe/CoFeB/(W,Mo,Hf)/CoFeB或CoFe/CoFeB/(W,Mo,Hf)/CoFeB等组成；
覆盖层一般为(Mg,MgO,ZnO,AlO,MgZnO,MgBO或MgAlO)/(W,Mo,Mg,Nb,Ru,Hf,V,Cr,Pt,Ag,Cu,Au,Ir,Rh或它们的组合)双层结构。
3.如权利要求2所述的磁性随机存取器磁性存储单元，其特征在于，对第一非晶态缓冲层进行氧化，氧化工艺采用O3、O2或O；
在第二非晶态缓冲层薄膜中间和/或之后，采用溅射刻蚀工艺或惰性气体离子轰击对其进行表面处理。
4.一种磁性随机存取器磁性存储单元形成方法，其特征在于，其形成步骤包括：
步骤1：提供表面抛光的带CMOS通孔的基底；
步骤2：沉积底电极；
步骤3：沉积磁性隧道结多层膜和顶电极；
步骤4：选择350～450℃对沉积之后的磁性隧道结结构单元退火，以使得参考层和自由层在NaCl结构势垒层的模板作用下从非晶结构转变成BCC(001)的晶体结构，磁性隧道结结构单元内部按照非晶态缓冲层、晶态种子层、合成反铁层、合成反铁层-参考层铁磁耦合层、参考层、势垒层、自由层和覆盖层的多层结构依次向上叠加。
5.如权利要求4所述的磁性随机存取器磁性存储单元形成方法，其特征在于，底电极分为第一底电极和第二底电极，其中，第一底电极的总厚度为5nm～70nm，第二底电极位于第一底电极之上，其厚度为0nm～50nm。
6.如权利要求5所述的磁性随机存取器磁性存储单元形成方法，其特征在于，第一底电极的材料为Ti、TiN、TiON、Ta、TaN、TaON、W、WN、WON、Ru或它们的组合；
第二底电极的材料为Ti、TiN、TiON、Ta、TaN、TaON、W、WN、WON、Ru或它们的组合。
7.如权利要求6所述的磁性随机存取器磁性存储单元形成方法，其特征在于，选择TiNx做为第一底电极的材料，并可选择性地在TiNx上沉积一层Ti，x≤1；
可以选择TiNx做为第二底电极的材料，并可选择性地在TiNx上沉积一层Ti。
8.如权利要求5所述的磁性随机存取器磁性存储单元形成方法，其特征在于，在第一底电极的沉积过程中任意的穿插一层或多层第一底电极非晶隔断层，第一底电极非晶隔断层的总厚度为0.2nm～3nm，其材料为Ta、TaN、CoX、CoX、CoFeX、CoXY、FeX、CoFeXY或它们的组合，其中，X可以是B、C、Si、P、As、Sb、Ge或Sn等，Y可以是Ta、W、Ti、Mg、Al、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru或Hf等。
9.如权利要求5所述的磁性随机存取器磁性存储单元形成方法，其特征在于，在第一底电极沉积工艺之后，利用化学机械平坦化工艺对其平坦化处理。
10.如权利要求5所述的磁性随机存取器磁性存储单元形成方法，其特征在于，在第二底电极的沉积过程中任意的穿插一层或多层第二底电极非晶隔断层221。第二底电极非晶隔断层的总厚度为0.2nm～3nm，其材料为Ta、TaN、CoX、CoX、CoFeX、CoXY、FeX、NiX、NiFeX、NiCr、NiFeCr、NiCrY、NiFeCrY、CoFeXY、NiFeXY或它们的组合，其中，X可以是B、C、Si、P、As、Sb、Ge或Sn等，Y可以是Ta、W、Ti、Mg、Al、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru或Hf等。
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