CN112635656A - 磁性隧道结结构及磁性随机存储器 - Google Patents

磁性隧道结结构及磁性随机存储器 Download PDF

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CN112635656A
CN112635656A CN201910951258.2A CN201910951258A CN112635656A CN 112635656 A CN112635656 A CN 112635656A CN 201910951258 A CN201910951258 A CN 201910951258A CN 112635656 A CN112635656 A CN 112635656A
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magnetic
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张云森
郭一民
陈峻
肖荣福
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Abstract

本申请提供一种磁性隧道结结构及磁性随机存储器，所述磁性隧道结结构包括结合参考层反铁磁层功能的复合层结构，在省略晶格转换层以薄化整体膜层结构的同时维持反铁磁层与参考层功能，实现反铁磁层与参考层的晶格转换和强铁磁耦合，降低参考层与反铁磁层的总厚度，同时提升垂直隧穿磁阻比例/结电阻面积积，以优化漏磁场和写电流的调节，有助于磁性存储器在磁学、电学和良率的提升，以及器件的进一步缩微化。

Description

磁性隧道结结构及磁性随机存储器
技术领域
本发明涉及存储器技术领域，特别是关于一种磁性隧道结结构及磁性随机存储器。
背景技术
磁性随机存储器(Magnetic random access memory，MRAM)在具有垂直各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy；PMA)的磁性隧道结(Magnetic tunnel junction；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，自由层的磁化方向会保持不变；在写的过程中，如果与现有状态不相同的信号输入时，则自由层的磁化方向将会在垂直方向上发生一百八十度的翻转。磁随机存储器的自由层磁化方向保持不变的能力叫做数据保存能力或者是热稳定性，在不同的应用情况中要求不一样，对于一个典型的非易失存储器(Non-volatile Memory，NVM)而言，数据保存能力要求是在125℃的条件下可以保存数据10年，在外磁场翻转，热扰动，电流扰动或读写多次操作时，都会造成数据保持能力或者是热稳定性的降低。
根据美国专利申请号US2019/0051822A1，其公布具有超薄反铁磁层(SyntheticAnti-ferromagnetic Layer,SyAF)的磁性隧道结(MTJ)单元，其反铁磁耦合层(Anti-Ferromagnet Coupling Layer，AFCL)的具体结构为：(Ru，Re，Rh，Cu，Ir，Os或它们的合金)/(W,Mo，Nb，Cu，Ta，V，Cr或它们的合金)双层结构，这种双层反铁磁耦合层(AFCL)可以直接实现第一合铁磁超晶格层(1st FM-SL)和参考层(Reference,RL)的反铁磁耦合，由于第二铁磁超晶格层(2nd FM-SL)并不存在，在这种情况下，极大的减小了整个合成反铁磁层(SyAF)和参考层(RL)的总厚度，非常适合应用于超小型的磁性随机存储器(MRAM)。然而，在此工作中，其退火温度340℃，并不能和CMOS工艺相兼容。其隧穿磁阻比率(Tunneling Magneto-Resistance Ratio，TMR)和结电阻面积积(Resistance Area Product,RA)分别为60％和7Ωum2，这样限制了读性能的提升。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种通过结合参考层与超薄合成反铁磁层设计的磁性隧道结结构及磁性存储器。
本申请的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本申请提出的一种磁性隧道结结构，其由上至下结构包括覆盖层(CappingLayer，CL)、自由层(Free Layer，FL)、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)、参考层(Reference Layer，RL)、反铁磁层(Synthetic Anti-Ferromagnet Layer，SyAF)与种子层(Seed Layer；SL)，其中，所述反铁磁层与所述参考层组成复合层结构，所述复合层结构包括：超薄铁磁超晶格层(Super Thin Ferromagnet Supper-Lattice Layer,STFM-SL)，设置于所述种子层上，由具有面心晶体结构的过渡金属结合铁磁材料形成；反铁磁耦合层，设置于所述超薄铁磁超晶格层上，由可形成反铁磁耦合的过渡金属材料或是非磁性金属材料形成；所述参考层，设置于所述反铁磁耦合层，由铁磁材料及/或其合金形成的多层结构；其中，所述超薄铁磁超晶格层与所述参考层之间通过所述反铁磁耦合层进行反铁磁耦合，所述反铁磁耦合是RKKY耦合，所述反铁磁耦合层实现所述超薄铁磁超晶格层与所述参考层之间的晶格结构转变。
在本申请的一实施例中，所述超薄铁磁超晶格层的材料选自[钴/铂]n钴或[钴/钯]n钴的多层结构，其中n≥2
在本申请的一实施例中，钴、铂或钯的单层结构的厚度为0.1纳米至1.0纳米间。
在本申请的一实施例中，钴、铂或钯的单层结构的厚度为相同或相异。
在本申请的一实施例中，所述反铁磁耦合层的材料为钌、铱或铑，其厚度为03纳米至1.2纳米间。
在本申请的一实施例中，所述参考层的结构为[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz、[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz/钴1-w铁w、钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz或钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1-y硼y]1- zMz/钴1-w铁w，[(钴1-x铁x)1-yCy]1-zMz，[(钴1-x铁x)1-yCy]1-zMz/钴1-w铁w，钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1- yCy]1-zMz或钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1-yCy]1-zMz/钴1-w铁w；其中，M为钼、钨、铬、钽、铪、钒、氮、硼、锆、锌、镁、铝或其组合，0％≤x≤100％，5％≤y≤30％，2％≤z≤20％，0％≤w≤100％，0％≤v≤100％。优选的，M为钼，20％≤x≤100％,7％≤y≤17％，5％≤z≤15％。
在本申请的一实施例中，[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz的形成方式为在PVD工艺腔体中采用钴铁硼、铁硼、钴硼、钴铁碳、铁碳或钴碳的合金靶与掺杂金属M靶共沉积的方式实现。
在本申请的一实施例中，所述参考层的厚度为0.8纳米至1.8纳米之间。
本申请另一目的为提供一种磁性存储器，其储存单元包括如前所述磁性隧道结结构中任一者，设置于所述磁性隧道结结构上方的顶电极，及设置于所述磁性隧道结结构下方的底电极。
本申请的磁性隧道结单元结构，其通过结合参考层反铁磁层功能的复合层结构，在省略晶格转换层以薄化整体膜层结构的同时维持反铁磁层与参考层功能，实现反铁磁层与参考层的晶格转换和强铁磁耦合，降低参考层与反铁磁层的总厚度，同时提升垂直隧穿磁阻比例/结电阻面积积，以优化漏磁场和写电流的调节，有助于磁性存储器在磁学、电学和良率的提升，以及器件的进一步缩微化。
附图说明
图1为范例性的磁性存储器的磁性存储单元结构示意图；
图2为本申请实施例磁性存储器的磁性存储单元结构示意图。
具体实施方式
请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件。以下的说明是基于所例示的本申请具体实施例，其不应被视为限制本申请未在此详述的其它具体实施例。
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本申请可用以实施的特定实施例。本申请所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本申请，而非用以限制本申请。
本申请的说明书和权利要求书以及上述附图中的述语“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情形下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及它示例的变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本申请说明书中使用的术语仅用来描述特定实施方式，而并不意图显示本申请的概念。除非上下文中有明确不同的意义，否则，以单数形式使用的表达涵盖复数形式的表达。在本申请说明书中，应理解，诸如“包括”、“具有”以及“含有”等术语意图说明存在本申请说明书中揭示的特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性，而并不意图排除可存在或可添加一个或多个其他特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性。附图中的相同参考标号指代相同部分。
附图和说明被认为在本质上是示出性的，而不是限制性的。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。另外，为了理解和便于描述，附图中示出的每个组件的尺寸和厚度是任意示出的，但是本申请不限于此。
在附图中，为了清晰、理解和便于描述，夸大设备、系统、组件、电路的配置范围。将理解的是，当组件被称作“在”另一组件“上”时，所述组件可以直接在所述另一组件上，或者也可以存在中间组件。
另外，在说明书中，除非明确地描述为相反的，否则词语“包括”将被理解为意指包括所述组件，但是不排除任何其它组件。此外，在说明书中，“在......上”意指位于目标组件上方或者下方，而不意指必须位于基于重力方向的顶部上。
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施例，对依据本发明提出的一种磁性隧道结结构及磁性存储器，其具体结构、特征及功效，详细说明如后。
图1为范例性磁性随机存储器的磁性存储单元结构示意图。所述磁性存储单元结构至少包括底电极(Bottom Electrode,BE)10、磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)20与顶电极(Top Electrode,TE)30形成的多层结构。
在一些实施例中，底电极10为钛Ti，氮化钛TiN，钽Ta，氮化钽TaN，钌Ru，钨W，氮化钨WN或其组合；顶电极30组成材料为钛Ti，氮化钛TiN，钽Ta，氮化钽TaN，钨W，氮化钨WN或其组合。所述磁性存储单元结构一般采用物理气相沉积(PVD)的方式实现，通常在底电极10沉积之后，都会对其平坦化处理，以达到制作磁性隧道结20的表面平整度。
在一些实施例中，如图1所示，磁性隧道结20由上至下结构包括覆盖层(CappingLayer，CL)27、自由层(Free Layer，FL)26、势垒层(Tunneling Barrier Layer，TBL)25、参考层(Reference Layer，RL)24、晶格隔断层(Crystal Breaking Layer，CBL)23、反铁磁层(Synthetic Anti-Ferromagnet Layer，SyAF)22与种子层(Seed Layer，SL)21。
所述反铁磁层22包括由下至上分别的设置有第一超晶格铁磁层(the 1stFerromagnet Supper-Lattice Layer,1st FM-SL)221，反铁磁耦合层222与第二超晶格铁磁层(the 2ndFerromagnet Supper-Lattice Layer,2nd FM-SL)224。第一铁磁超晶格层221，由具有面心晶体结构的过渡金属结合铁磁材料形成；反铁磁耦合层222，设置于所述第一铁磁超晶格层221上，由可形成反铁磁耦合的金属材料形成；第二铁磁超晶格层224，设置于所述反铁磁耦合层222上，由具有面心晶体结构的过渡金属结合铁磁材料形成；其中，所述反铁磁耦合层222结合所述第一铁磁超晶格层221与所述第二铁磁超晶格层224以进行铁磁超晶格层的反铁磁耦合，所述磁性隧道结20包括所述反铁磁层22与所述参考层24之间进行晶格转换和强铁磁耦合。
在具有垂直各向异性的磁性隧道结20中，自由层26的作用为存储信息，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”。在读取信息或者空置的时候，自由层26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26的磁化方向将会在垂直方向上发生180度的翻转。磁性随机存储器的自由层26保持磁化方向不变的能力叫做数据保存能力(DataRetention)或者热稳定性(Thermal Stability)。数据保存能力可以用下面的公式进行计算：
Figure BDA0002225849560000051
其中，τ为在热扰动条件下磁化矢量不变的时间，τ0为尝试时间(一般为1ns)，E为自由层的能量壁垒，kB为玻尔兹曼常数，T为工作温度。
热稳定性因子(Thermal Stability factor)则可以表示为如下的公式：
Figure BDA0002225849560000052
其中，Keff为自由层的有效各向能量密度，V为自由层的体积，KV为体各向异性常数Ms为自由层饱和磁化率，Nz垂直方向的退磁化常数，t为自由层的厚度，Ki为界面各向异性常数，DMTJ为磁性随机存储器的关键尺寸(一般指自由层的直径)，As为刚度积分交换常数，Dn为自由层翻转过程中反向核的尺寸(一般指反向核的直径)。实验表明当自由层的厚度较厚时表现为面内各向异性，较薄时，表现为垂直各向异性，KV一般可以忽略不计，而退磁能对垂直各向异性的贡献为负值，因此垂直各向异性完全来自界面效应(Ki)。
在一些实施例中，热稳定性因子亦受到静磁场-特别是来自于参考层24的漏磁场(Stray Field)的影响，结合静磁场施加在自由层26上的磁化方向的不同，而产生增强或减弱作用。
在一些实施例中，第一铁磁超晶格层221和第二铁磁超晶格层224皆具有强烈垂直各向异性，反铁磁耦合层222主要材料为钌Ru，其协助实现两层铁磁超晶格层的反铁磁耦合，业界把这种反铁磁耦合叫RKKY(Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida)耦合。其中，反铁磁耦合层(SyAF)222单位面积的能量密度JRKKY为：
JRKKY＝MStHRKKY (3)
其中，HRKKY为RKKY反铁磁耦合场，HRKKY越大，合成反磁铁(SyAF)越稳定。在一些实施例中，HRKKY与反铁磁耦合层222，钌Ru的厚度具有强相关性，在0.3纳米至2.0纳米的范围内，具有两个HRKKY振荡峰。
在一些实施例中，通过晶格隔断层23，使得参考层24在退火后具有体心立方结构，并实现具有面心立方结构的第二铁磁超晶格层224和具有体心立方结构的参考层24的铁磁耦合。
由于反铁磁层22的存在，来自参考层24和合成反铁磁层22的漏磁场可以部分抵消，定量的，定义来自参考层24和合成反铁磁层22总的漏磁场为HStray：
Figure BDA0002225849560000061
其中，Hk eff为垂直有效各向异性场，Hk eff＝2(Keff/(μ0Ms))。进一步地，定义垂直于自由层26并且向上的磁化矢量为正，则垂直于自由层26向上的漏磁场为正。那么在自由层26和参考层24的磁化矢量在平行或反平行的情况下，其热稳定性因子可以分别表达为如下的方程式：
Figure BDA0002225849560000062
随着磁性自由层26的体积的缩减，写或转换操作需注入的自旋极化电流也越小。写操作的临界电流Ic0和热稳定性强相关，其关系可以表达如下的公式：
Figure BDA0002225849560000063
其中，α为阻尼系数(damping constant)，
Figure BDA0002225849560000064
为约化普朗克常数，η为自旋极化率。更进一步，在磁化平行和反平行的时候，临界电流可以分别表示为如下的表达式：
Figure BDA0002225849560000065
在这种情况下，可以通过漏磁场(Stray Field)的调控，来进一步地，对平行状态和反平行状态的磁性随机存储器的临界电流进行调控。
在一些实施例中，作为磁性随机存储器的核心存储单元的磁性隧道结20，还必须和CMOS工艺相兼容，必须能够承受在400℃条件下的长时间退火。
就上述得知，虽然双层超晶格铁磁层的设计令磁性隧道结具有相对更强的漏磁场调控能力，但较难以调降漏磁场对自由层26的影响。
图2为本申请实施例磁性存储器的磁性存储单元结构示意图。现有技术请同时配合图1以利于理解。
如图2所示，在本申请的一实施例中，一种磁性隧道结结构20，其由上至下结构包括覆盖层(Capping Layer，CL)27、自由层(Free Layer，FL)26、势垒层(Tunneling BarrierLayer，TBL)25、参考层(Reference Layer，RL)24、反铁磁层(Synthetic Anti-FerromagnetLayer，SyAF)22与种子层(Seed Layer；SL)21，其中，所述反铁磁层22与所述参考层24组成复合层结构，所述复合层结构包括：超薄铁磁超晶格层(Super Thin Ferromagnet Supper-Lattice Layer,STFM-SL)221，设置于所述种子层21上，由具有面心晶体结构的过渡金属结合铁磁材料形成；反铁磁耦合层222，设置于所述超薄铁磁超晶格层221上，由可形成反铁磁耦合的过渡金属材料或是非磁性金属材料形成；所述参考层24，设置于所述反铁磁耦合层，由铁磁材料及/或其合金形成的多层结构；其中，所述超薄铁磁超晶格层221与所述参考层24之间通过所述反铁磁耦合层222进行反铁磁耦合，所述反铁磁耦合是RKKY耦合，所述反铁磁耦合层222实现所述超薄铁磁超晶格层221与所述参考层24之间的晶格结构转变。
在本申请的一实施例中，所述超薄铁磁超晶格层221的材料选自[钴Co/铂Pt]n钴Co或[钴Co/钯Pd]n钴Co的多层结构，其中n≥2。
在本申请的一实施例中，钴Co、铂Pt或钯Pd的单层结构的厚度为0.1纳米至1.0纳米间；优选的，铂Pt或钯Pd的厚度为0.1纳米至0.4纳米间，钴Co的厚度为0.15纳米至0.70纳米间。而在一些实施例中，钴Co、铂Pt或钯Pd的单层结构的厚度为相同或相异。
更进一步地，单层钴Co的厚度不大于0.5纳米，单层铂Pt或钯Pd的厚度不大于0.25纳米，2≤n≤3，在这种情况下，[钴Co/钯Pd]n钴Co的多层结构将以超薄结构出现。
在本申请的一实施例中，所述反铁磁耦合层222的材料为钌Ru，所述反铁磁耦合层222的厚度为0.3纳米至1.5纳米间，可以选择RKKY第一振荡峰(0.3nm～0.5nm)，也可以选择RKKY第二振荡峰(0.75nm～0.90nm)。
在本申请的一实施例中，所述反铁磁耦合层222的材料为铱Ir或铑Rh，所述反铁磁耦合层222的厚度为0.3纳米至0.6纳米间，其对应为RKKY第一振荡峰。
在本申请的一实施例中，所述参考层的结构为[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz、[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz/钴1-w铁w、钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz或钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1-y硼y]1- zMz/钴1-w铁w，[(钴1-x铁x)1-yCy]1-zMz，[(钴1-x铁x)1-yCy]1-zMz/钴1-w铁w，钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1- yCy]1-zMz或钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1-yCy]1-zMz/钴1-w铁w；其中，M为钼、钨、铬、钽、铪、钒、氮、硼、锆、锌、镁、铝或其组合，0％≤x≤100％，5％≤y≤30％，2％≤z≤20％，0％≤w≤100％，0％≤v≤100％。优选的，M为钼，20％≤x≤100％,7％≤y≤17％，5％≤z≤15％。在一些实施例中，[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz的形成方式为在PVD工艺腔体中采用钴铁硼、铁硼、钴硼、钴铁碳、铁碳或钴碳的合金靶与掺杂金属M靶共沉积的方式实现。所述参考层的厚度为0.8纳米至1.8纳米之间。
在本申请的一实施例中，在经过磁场或其他外加场初始化后，超薄铁磁超晶格层221的磁化矢量和参考层24的磁化矢量方向反向平行。。
更进一步地，超薄铁磁超晶格层221在垂直方向上的饱和磁矩为MS1S1t1，参考层24在垂直方向上的饱和磁矩为MS2S2t2，通过改变超薄铁磁超晶格层221和参考层24的饱和磁化率(MS)和厚度(t)，来调控施加在自由层26之上的总的漏磁场(HStray)，从而达到进一步调控在磁化矢量平行和反平行状态下的热稳定因子，以及临界电流。以获得更好读，写和存储信息的能力。再进一步地，第一铁磁超晶格层221，第二铁磁超晶格层224，参考层24的饱和磁矩满足以下的关系式：
Figure BDA0002225849560000081
一般来说α≤100％，进一步的，α≤80％。由于在本发明中，并没有晶格转换层(CTL)，在这种情况下，HRKKY不会受到伤害。
请同时参阅图2，在本申请的实施例中，一种磁性存储器，其储存单元包括如前所述磁性隧道结20结构中任一者，设置于所述磁性隧道结20结构上方的顶电极30，及设置于所述磁性隧道结20结构下方的底电极10。
在本申请的一实施例中，所述磁性隧道结20的种子层21的材料为选自钛Ti，氮化钛TiN、钽Ta、氮化钽TaN、钨W、氮化钨WN、钌Ru、钯Pt、铬Cr、钴化铬CrCo、镍Ni、镍化铬CrNi、硼化钴CoB、硼化铁FeB、钴铁硼CoFeB等其中之一或及组合。在一些实施例中，所述种子层21可选自钽Ta/钌Ru，钽Ta/铂Pt，钽Ta/铂Pt/钌Ru等多层结构其中之一。种子层21用以优化后续的反铁磁层22的晶体结构。
在一些实施例中，势垒层25为非磁性金属氧化物形成，其厚度为0.6纳米至1.5纳米之间，所述非磁性金属氧化物包括氧化镁MgO、镁锌氧化物MgZnO、氧化锌ZnO、氧化铝Al2O3、氮化镁MgN、镁硼氧化物Mg3B2O6或MgAl2O4。优选的，可采用氧化镁MgO。
在本申请的一实施例中，所述自由层26具有可变磁极化，其材料为选自硼化钴CoB、硼化铁FeB、钴铁硼CoFeB的单层结构，或是铁化钴CoFe/钴铁硼CoFeB、铁Fe/钴铁硼CoFeB的双层结构，或是钴铁硼CoFeB/(钨W、钼Mo、钒V、铌Nb、铬Cr、铪Hf、钛Ti、锆Zr、钽Ta、钪Sc、钇Y、锌Zn、钌Ru、锇Os、铑Rh、铱Ir、钯Pd和/或铂Pt)/钴铁硼CoFeB、钴铁硼CoFeB/(钨W、钼Mo、钒V、铌Nb、铬Cr、铪Hf、钛Ti、锆Zr、钽Ta、钪Sc、钇Y、锌Zn、钌Ru、锇Os、铑Rh、铱Ir、钯Pd和/或铂Pt)/钴铁硼的三层结构，或是铁/钴铁硼/(钨W、钼Mo、钒V、铌Nb、铬Cr、铪Hf、钛Ti、锆Zr、钽Ta、钪Sc、钇Y、锌Zn、钌Ru、锇Os、铑Rh、铱Ir、钯Pd和/或铂Pt)/钴铁硼、铁化钴/钴铁硼/(钨W、钼Mo、钒V、铌Nb、铬Cr、铪Hf、钛Ti、锆Zr、钽Ta、钪Sc、钇Y、锌Zn、钌Ru、锇Os、铑Rh、铱Ir、钯Pd和/或铂Pt)/钴铁硼的四层结构；所述自由层26的厚度为1.2纳米至3.0纳米间。
在本申请的一实施例中，所述磁性隧道结20的覆盖层27的材料为选自(镁Mg，氧化镁MgO，氧化镁锌MgZnO，氧化镁硼MgBO或氧化镁铝MgAlO其中之一)/(钨W，钼Mo，镁Mg，铌Nb，钌Ru，铪Hf，钒V,铬Cr或铂Pt其中之一)的双层结构，或是氧化镁MgO/(钨W，钼Mo或铪Hf其中之一)/钌Ru的三层结构，或是氧化镁/铂/(钨，钼或铪其中之一)/钌的四层结构。在一些实施例中，选择氧化镁(MgO)能为自由层(FL)26提供了一个额外界面各向异性的来源，从而增加了热稳定。
在本申请的一实施例中，在所有膜层沉积之后，于所述磁性隧道结20进行退火工艺，其温度介于350℃与400℃之间，时间为90分钟，以使得所述参考层24和自由层26从非晶相变为体心立方(BCC)的晶体结构。
本申请的磁性隧道结单元结构，其通过结合参考层反铁磁层功能的复合层结构，在省略晶格转换层以薄化整体膜层结构的同时维持反铁磁层与参考层功能，实现反铁磁层与参考层的晶格转换和强铁磁耦合，降低参考层与反铁磁层的总厚度，同时提升垂直隧穿磁阻比例/结电阻面积，以优化漏磁场和写电流的调节，有助于磁性存储器在磁学、电学和良率的提升，以及器件的进一步缩微化。
“在本申请的一实施例中”及“在各种实施例中”等用语被重复地使用。此用语通常不是指相同的实施例；但它也可以是指相同的实施例。“包含”、“具有”及“包括”等用词是同义词，除非其前后文意显示出其它意思。
以上所述，仅是本申请的具体实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以具体实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种磁性存储器的磁性隧道结结构，设置于磁性随机存储单元，所述磁性隧道结由上至下结构包括覆盖层、自由层、势垒层、参考层、反铁磁层与种子层，其特征在于，所述反铁磁层与所述参考层组成复合层结构，所述复合层结构包括：
超薄铁磁超晶格层，设置于所述种子层上，由具有面心晶体结构的过渡金属结合铁磁材料形成；
反铁磁耦合层，设置于所述超薄铁磁超晶格层上，由可形成反铁磁耦合的过渡金属材料或是非磁性金属材料形成；
所述参考层，设置于所述反铁磁耦合层，由铁磁材料及/或其合金形成的多层结构；
其中，所述超薄铁磁超晶格层与所述参考层之间通过所述反铁磁耦合层进行反铁磁耦合，所述反铁磁耦合是RKKY耦合，所述反铁磁耦合层实现所述超薄铁磁超晶格层与所述参考层之间的晶格结构转变。
2.如权利要求1所述磁性隧道结结构，其特征在于，所述超薄铁磁超晶格层的材料选自[钴/铂]n钴或[钴/钯]n钴的多层结构，其中n≥2。
3.如权利要求2所述磁性隧道结结构，其特征在于，钴、铂或钯的单层结构的厚度为0.1纳米至1.0纳米间。
4.如权利要求2所述磁性隧道结结构，其特征在于，钴、铂或钯的单层结构的厚度为相同或相异。
5.如权利要求1所述磁性隧道结结构，其特征在于，所述反铁磁耦合层的材料为钌、铱或铑，其厚度为0.3纳米至1.2纳米间。
6.如权利要求1所述磁性存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，所述参考层的结构为[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz、[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz/钴1-w铁w、钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz或钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz/钴1-w铁w，[(钴1-x铁x)1-yCy]1-zMz，[(钴1-x铁x)1-yCy]1-zMz/钴1-w铁w，钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1-yCy]1-zMz或钴1-v铁v/[(钴1-x铁x)1-yCy]1-zMz/钴1-w铁w；其中，M为钼、钨、铬、钽、铪、钒、氮、硼、锆、锌、镁、铝或其组合，0％≤x≤100％，5％≤y≤30％，2％≤z≤20％，0％≤w≤100％，0％≤v≤100％。
7.如权利要求6所述磁性存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，M为钼，20％≤x≤100％,7％≤y≤17％，5％≤z≤15％。
8.如权利要求6所述磁性存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，[(钴1-x铁x)1-y硼y]1-zMz的形成方式为在PVD工艺腔体中采用钴铁硼、铁硼、钴硼、钴铁碳、铁碳或钴碳的合金靶与掺杂金属M靶共沉积的方式实现。
9.如权利要求6所述磁性存储器的磁性隧道结结构，其特征在于，参考层的厚度为0.8纳米至1.8纳米间。
10.一种磁性存储器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的磁性隧道结结构，设置于所述磁性隧道结结构上方的顶电极，及设置于所述磁性隧道结结构下方的底电极。
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