CN112750946A - 一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元及其制备方法，在溅射沉积MgO形成所述势垒层后，进行一定时间的热处理，再冷却到室温或更低温度，以使得在自由层沉积之前所述势垒层具有NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向；自由层内部按照第一自由子层,B吸收层，第二自由子层的依次向上叠加设置；第一自由子层组成材料为CoFeB，FeB，Fe/FeB、CoFe/FeB、Fe/CoFeB或CoFe/CoFeB，其中B含量为百分比5％‑15％，以其具有晶胞尺寸不大于2nm的纳米级晶态结构；再溅射沉积一层所述B吸收层，其组成材料包含W、Zr、Ti、V、Cr、Al、Nb、Mo、Ta、Hf元素中之一；最后溅射沉积所述第二自由子层，其组成材料为CoFeB或CoB，其B含量为百分比15％‑35％，使其具有非晶态结构。

Description

一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁性随机存储器领域，特别涉及一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元及其制备方法。
背景技术
近年来，采用磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)的磁性随机存储器(Magnetic Radom Access Memory，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)，磁性自由层(FL)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(Tunnel Barrier Layer，TBL)；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。
为能在这种磁电阻组件中记录信息，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(Perpendicular Magnetic Anisotropy，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“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一百八十度的翻转。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得能力叫做数据保存能力(Data Retention)或热稳定性因子(Thermal Stability Factor)，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)，例如：应用于汽车电子领域，其热稳定性要求是在125℃甚至150℃的条件可以保存数据至少10年。
另外，作为磁性随机存储器(MRAM)的核心存储单元的MTJ，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。
如图1为现有的磁性随机存储器存储单元的结构示意图所示，现有的磁性随机存储器存储单元的结构由下至上结构包括所述底电极10、磁性隧道结(MTJ)20及顶电极30，磁性隧道结(MTJ)20单元中，依次由下至上为种子层(Seed Layer)21，合成反铁磁层(Synthetic Anti-ferromagnetic layer，SyAF)22，晶格隔断层(Crystal BreakingLayer，CBL)23,参考层(RL)24,势垒层(TBL)25,自由层(FL)26和覆盖层(Capping Layer)27。
其中，势垒层25为MgO薄膜，自由层26一般由Fe/CoFeB或CoFeB/(Ta，W，Mo，Hf)/CoFeB等组成，其中B的含量百分比为较高值，足以得到非晶态的CoFeB材料。为了提高磁性存储器的密度，近年来，磁性隧道结的关键尺寸(Critical Dimension，CD)越来越小，为了和CMOS电路的阻抗相匹配，结电阻面积积(Resistance Area Product,RA)也越来越小，并同时要求保持相对较高的隧穿磁阻率(Tunnel Magnetoresistance Ratio，TMR)，以保证较高的读写速度。
通常MgO薄膜具有NaCl晶系简单立方晶体结构，可以通过直接对MgO靶材进行溅射沉积的方式实现，或者通过先对Mg靶材进行溅射沉积，然后，通过氧化工艺使之变为MgO的方式实现。更进一步，由于薄的势垒层厚度，也会降低其击穿(Break down，BD)电压,从而会降低MRAM器件的耐用度。
最后，参考层25和自由层26一般具有BCC(001)的体心立方晶体结构，其形成方式为在通过NaCl晶系立方结构的MgO势垒层的模板作用下，在磁性隧道结(MTJ)20多层膜沉积之后进行热退火实现。
然而，对于超小节点的磁性存储器(MRAM)的存储单元(MTJ)，其结电阻面积积(RA)越来越小，MgO势垒层的厚度低于0.8nm，在沉积过程中，很难获得完美的NaCl晶系(001)MgO势垒层，MgO层更多地为非晶态的。故而，在后续的热退火过程中，很难获得晶体结构完美的参考层和自由层，特别是自由层中的B(硼)原子容易进入势垒层MgO晶格间隙，难以获得完美的MgO势垒层层和完美的自由层与MgO层界面，从而不利于MRAM的读写和存储性能的提升。另外，为了非晶态的MgO在后续热处理中实现晶化并与传统自由层CoFeB产生所需的晶格界面相互作用以实现界面垂直各向异性，CoFeB也选择为非晶态，即CoFeB中的B(硼)原子含量通常选择为20％或以上，导致B吸收层需要更大的厚度，继而导致较低的隧穿磁阻率(Tunnel magnetoresistance ratio,TMR)。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元及其制备方法，其主要作用在于对于超小节点的磁性存储器(MRAM)的存储单元(MTJ)，势垒层MgO具有完美的NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向，在后续的热退火过程中，获得晶体结构完美的参考层和自由层，获得完美的势垒层和自由层与其界面。
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。一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元，磁性随机存储器的磁性隧道结包括由下而上层叠设置的种子层、合成反铁磁层、晶格隔断层、参考层、势垒层、自由层、覆盖层，其特征在于，所述势垒层为MgO，且在自由层沉积之前所述势垒层具有完美的NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向；所述自由层内部按照第一自由子层,B吸收层，第二自由子层的依次向上叠加设置；其中，所述第一自由子层的组成材料为CoFeB，FeB，Fe/FeB，CoFe/FeB、Fe/CoFeB或CoFe/CoFeB，其B含量为百分比5％-15％，使第一自由子层具有晶胞尺寸不大于2nm的纳米级晶态结构；所述B吸收层为包含W、Zr、Ti、V、Cr、Al、Nb、Mo、Ta、Hf元素中之一的金属或其合金或其氧化物或其氮化物所构成；所述第二自由子层的组成材料为CoFeB或CoB，其B含量为百分比15％-35％，使第二自由子层具有非晶态结构。
制备方法特征在于，溅射沉积MgO形成所述势垒层後，进行一定时间的热处理，再冷却到室温或更低温度，以使得在自由层沉积之前所述势垒层具有完美的NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向；所述自由层内部按照第一自由子层,B吸收层，第二自由子层的依次向上叠加设置；先溅射沉积所述第一自由子层，其组成材料为CoFeB，FeB，Fe/FeB，CoFe/FeB、Fe/CoFeB或CoFe/CoFeB，其中B含量为百分比5％-15％，以使第一自由子层具有晶胞尺寸不大于2nm的纳米级晶态结构；再溅射沉积一层所述B吸收层，其组成材料为包含W、Zr、Ti、V、Cr、Al、Nb、Mo、Ta、Hf元素中之一的金属或其合金或其氧化物或其氮化物所构成；最后溅射沉积所述第二自由子层，其组成材料为CoFeB或CoB，其B含量为百分比15％-35％，使第二自由子层具有非晶态结构。
在本申请的实施例中，热处理是采用红外线(Infrared,IR)或微波(Microwave，MW)或激光(Laser)为辐射源，其温度为150℃～600℃，热处理时间为10秒～1小时。
在本申请的实施例中，所述势垒层厚度为0.6nm～1.5nm，所述B吸收层厚度为0.05nm-0.5nm
本发明提供了一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元及其制备方法，其主要作用在于对于超小节点的磁性存储器(MRAM)的存储单元(MTJ)，势垒层MgO具有完美的NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向，在后续的热退火过程中，获得晶体结构完美的参考层和自由层，且自由层中的B原子不容易进入MgO晶格间隙，可获得完美的势垒层和自由层与其界面，非常有利于MRAM电路势垒层，有利制作超小型的MRAM电路。应用本发明的磁性随机存储器存储单元及磁性随机存储器也和CMOS工艺相兼容，能够经受得住400℃下的长时间退火，非常有利制作超小型的磁性随机存储器的应用。
附图说明
图1为现有的磁性随机存储器存储单元的结构示意图；
图2为本发明的磁性随机存储器存储单元的结构示意图；
图3为本发明对势垒层进行加热和冷却的示意图；。
图4为本发明对势垒层进行加热和冷却处理前的原子排列示意图；
图5为本发明对势垒层进行加热和冷却处理後的原子排列示意图。
符号说明
(習知)10︰底电极，20︰磁性隧道结，21︰种子层，22︰合成反铁磁层，23︰晶格隔断层，24︰参考层，25︰势垒层，26︰自由层，27︰覆盖层，30︰顶电极。
(本发明)100︰底电极，200︰磁性隧道结，210︰种子层，220︰合成反铁磁层，230︰晶格隔断层，240︰参考层，250︰势垒层，260︰自由层，261︰第一自由子层，262︰B吸收层，263︰第二自由子层，270︰覆盖层，300︰顶电极。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明的实施例中，提供了一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构，在磁性随机存储器(MRAM)磁性隧道结多层膜的物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的过程中，在不隔断真空的条件下，如图2为本发明的磁性随机存储器存储单元的结构示意图，一个完整的磁性随机存储单元一般包括了底电极(Bottom Electrode,BE)100，磁性隧道结(MTJ)200和顶电极(Top Electrode,TE)300。所有沉积工艺在物理气相沉积(PhysicalVapor Deposition,PVD)工艺腔体中完成。
其中，所述底电极(BE)100组成材料为Ti，TiN，Ta，TaN，Ru，W,WN或者它们的组合材料制成，一般采用物理气相沉积(PVD)的方式实现，通常在沉积之后，都会对其平坦化处理，以达到制作磁性隧道结200的表面平整度；所述顶电极(TE)300组成材料为Ti，TiN，Ta，TaN，W，WN或者它们的组合等制成。
更具体地，所述磁性隧道结(MTJ)200内部按照种子层(Seed Layer，SL)210，合成反铁磁层(Synthetic Anti-Ferromagnet，SyAF)220,晶格隔断层(Crystal BreakingLayer，CBL)230,参考层(RL)240，势垒层(TBL)250，自由层(FL)260和覆盖层(CappingLayer,CL)270的多层结构依次向上叠加。
其中，所述势垒层250为MgO，且在自由层260沉积之前所述势垒层具有完美的NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向；所述自由层260内部按照第一自由子层261,B吸收层262，第二自由子层263的依次向上叠加设置；其中，所述第一自由子层261的组成材料为CoFeB，FeB，Fe/FeB，CoFe/FeB、Fe/CoFeB或CoFe/CoFeB，其B含量为百分比5％-15％，使第一自由子层261具有晶胞尺寸不大于2nm的纳米级晶态结构；所述B吸收层262为包含W、Zr、Ti、V、Cr、Al、Nb、Mo、Ta、Hf元素中之一的金属或其合金或其氧化物或其氮化物所构成；所述第二自由子层263的组成材料为CoFeB或CoB，其B含量为百分比15％-35％，使第二自由子层具有非晶态结构。
在实施上，所述种子层210的厚度一般为0.5nm～10nm，一般由Ta、Ti、TiN、TaN、W、WN、Ru、Pt、Ni、Cr、NiCr、CrCo、CoFeB,CoFeC或其组合材料制成；更进一步地，所述种子层210由Ta/Ru、Ta/Pt、CoFeB/Ta/Pt，CoFeB/Ta/Pt/Ru，CoFeB/Ta/Pt/Ru/Pt，Ta/Pt/Ru，Ta/Pt/Ru的多层结构制成，以优化后续的合成反铁磁层220的晶体结构。
所述合成反铁磁层220的一般厚度为1.3nm～10.0nm，一般由[Co/Pt]nCo/(Ru，Ir，Rh)、[Co/Pt]nCo/(Ru，Ir，Rh)/Co[Pt/Co]m、[Co/Pd]nCo/(Ru，Ir，Rh)、[Co/Pd]nCo/(Ru，Ir，Rh)/Co[Pd/Co]m、[Co/Ni]nCo/(Ru，Ir，Rh)或[Co/Ni]nCo/(Ru，Ir，Rh)/Co[Ni/Co]m超晶格结构组成，其中1≤m≤n，所述合成反铁磁层220具有很强的垂直各向异性(PMA)。
所述参考层240在合成反铁磁层220的铁磁耦合下，具有磁极化不变性，所述参考层240其组成材料一般为Co，Fe,Ni，CoFe，CoFeB或它们的组合等制成，所述参考层240厚度为0.7nm～1.5nm。實施上由于合成反铁磁层220具有面心立方(FCC)晶体结构，而参考层240的晶体结构为体心立方(BCC)，兩層的晶格并不匹配，为了实现从合成反铁磁层220到参考层240的过渡和铁磁耦合，一般会在两层材料之间添加一层晶格隔断层230，所述晶格隔断层230其组成材料一般为Ta，W，Mo，Hf，Fe，Co(Ta，W，Mo或Hf)，Fe(Ta，W，Mo或Hf)，FeCo(Ta，W，Mo或Hf)或FeCoB(Ta，W，Mo或Hf)等，其厚度一般为0.1nm～0.5nm。
所述势垒层250的总厚度为0.6nm～1.5nm。可以通过直接对MgO靶材进行溅射沉积的方式实现，或者通过先对Mg靶材进行溅射沉积，然后，通过氧化工艺使之变为MgO的方式实现。此时的势垒层250，特别是对应小结电阻面积积(RA)的势垒层250，NaCl晶系(001)的趋向性并不完美。
进一步地，实施上沉积MgO或Mg工艺采用PVD工艺实现，其工作压力为0.1mTorr～10.0mTorr，选择叫小的压力可以增强NaCl晶系(001)的结晶相。氧化工艺可以采用O，O2或O3的方式实现，其工作气压可以采用常压，也可以采用超低压，比如：小于0.1mTorr。
采用先进行Mg沉积，在进行氧化生成MgO的工艺技术方案时，可以通过一次沉积一次氧化实现，也可以通过多次沉积多次氧化实现。更进一步地，可以采用高温对MgO或Mg进行沉积。
图3为本发明对势垒层进行加热和冷却的示意图，在势垒层250沉积之后,自由层260沉积之前，为了提升势垒层的MgO结晶性能，本发明采用了一道先加热再冷却的工艺。其中，加热工艺可以采用红外(Infrared,IR)，也可以采用微波(Microwave，MW)作为辐射源，也可以采用扫描激光(Laser)作为辐射源，其温度为150℃～600℃，热处理时间为10秒～1小时不等。
进一步地，在加热工艺时可以通入少量的He，N2，Ne，Ar，Kr或Xe等气体，用以增加热工艺腔体的热传输效率。进一步地，可以在热工艺的时候，加入垂直磁场，其磁场方向垂直于势垒层250的膜平面，其磁场范围为1.5T～5.0T。
在冷却的过程中，可以使上述产品(晶圆)，冷却到室温(Root Temperature，RT)或进行超低温冷凝(Cryogenic Cool)，比如：10K，77K，100K，200K等。更进一步地，一般在冷凝台和产品(晶圆)之间，通入He等气体，以获得更高的冷却效果。
图4为本发明对势垒层进行加热和冷却处理前的原子排列示意图，图5为本发明对势垒层进行加热和冷却处理後的原子排列示意图，经过加热和冷却工艺后，势垒层250的MgO具有更加完美的NaCl晶系(001)原子排列，MgO原子排列由图4的不规则到图5的完美排列。加热工艺的较优效果为可以使Mg原子和O原子从新排列，从而倾向完美的NaCl晶系(001)结构，冷却工艺可以使MgO势垒层的上表面的原子的活性降低，其原子排列更加整齐，界面更加完美。
所述自由层260的溅射沉积制作，具体为，先溅射沉积第一自由子层261，第一自由子层261为CoFeB，FeB，Fe/FeB，CoFe/FeB、Fe/CoFeB或CoFe/CoFeB，其B含量为较低的百分比5％-15％，以使其具有晶胞尺寸不大于2nm的纳米级晶态结构；再溅射沉积一层B吸收层262，B吸收层262为包含W、Zr、Ti、V、Cr、Al、Nb、Mo、Ta、Hf元素中之一的金属或其合金或其氧化物或其氮化物所构成，厚度为0.05-0.2nm；最后溅射沉积第二自由子层263，第二自由子层263为CoFeB或CoB，其B含量为较高的百分比15％-35％，以使其具有非晶态结构。
更一步地，所述自由层260具有第一自由子层/B吸收层/第二自由子层的三明治结构，具体可为：CoFeB(B含量为5％-15％wt)/(W，Mo，V,Nb，Cr，Al，Hf，Ti，Zr，Ta，Sc，Y，Zn，Ru，Os，Ru，Rh，Ir，Pd，Pt)/CoFeB(B含量为15％-35％wt)、Fe/CoFeB(B含量为5％-15％wt)/(W，Mo，V，Nb，Cr，Al，Hf，Ti，Zr，Ta，Sc，Y，Zn，Ru，Os，Ru，Rh，Ir，Pd，Pt)/CoFeB(B含量为15％-35％wt)或CoFe/CoFeB(B含量为5％-15％wt)/(W，Mo，V，Nb，Cr，Al，Hf，Ti，Zr，Ta，Sc，Y，Zn，Ru，Os，Ru，Rh，Ir，Pd，Pt)/CoFeB(B含量为15％-35％wt)结构。更进一步地，可以选择性的，采用等离子工艺在自由层260沉积之后，对其进行表面等离子体处理，以进行表面修饰或选择性移除。
实施上，所述覆盖层270可为双层结构，其中第一层为MgO或ZrO，其厚度为0.6nm～1.5nm；第二层的材料为W、Zn、Al、Cu、Ca、Ti、V、Cr、Mo、Mg、Nb、Ru、Hf、V、Cr、Pt或其组合的多层材料等制成，其总厚度为0.5nm～10.0nm，从而增加其热稳定性。
进一步地，在所述底电极、种子层、合成反铁磁层、晶格隔断层、参考层、势垒层、自由层、覆盖层和顶电极沉积之后，或在MTJ刻蚀完成后，在不小于350℃的温度下进行至少30分钟的退火操作，以使得参考层(RL)240和自由层(FL)260在NaCl型结构(001)晶向势垒层(TBL)250的模板作用下从非晶结构转变成BCC(001)的晶体结构。
本发明提供了一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元及其制备方法，其主要作用在于对于超小节点的磁性存储器(MRAM)的存储单元(MTJ)，势垒层MgO具有完美的NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向，在后续的热退火过程中，获得晶体结构完美的参考层和自由层，且自由层中的B原子不容易进入MgO晶格间隙，可获得完美的势垒层和自由层与其界面，非常有利于MRAM电路势垒层，有利制作超小型的MRAM电路。应用本发明的磁性随机存储器存储单元及磁性随机存储器也和CMOS工艺相兼容，能够经受得住400℃下的长时间退火，非常有利制作超小型的磁性随机存储器的应用。
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)

1.一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元，磁性随机存储器的磁性隧道结包括由下而上层叠设置的种子层、合成反铁磁层、晶格隔断层、参考层、势垒层、自由层、覆盖层，其特征在于，
所述势垒层为MgO，且在自由层沉积之前所述势垒层具有NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向；
所述自由层内部按照第一自由子层,B吸收层，第二自由子层的依次向上叠加设置；其中，所述第一自由子层的组成材料为CoFeB，FeB，Fe/FeB，CoFe/FeB、Fe/CoFeB或CoFe/CoFeB，其B含量为百分比5％-15％，使第一自由子层具有晶胞尺寸不大于2nm的纳米级晶态结构；所述B吸收层为包含W、Zr、Ti、V、Cr、Al、Nb、Mo、Ta、Hf元素中之一的金属或其合金或其氧化物或其氮化物所构成；所述第二自由子层的组成材料为CoFeB或CoB，其B含量为百分比15％-35％，使第二自由子层具有非晶态结构。
2.根据权利要求1所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元，其特征在于，所述势垒层厚度为0.6nm～1.5nm。
3.根据权利要求1所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元，其特征在于，所述B吸收层厚度为0.05nm-0.5nm。
4.一种磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，磁性随机存储器的磁性隧道结包括由下而上层叠设置的种子层、合成反铁磁层、晶格隔断层、参考层、势垒层、自由层、覆盖层，其特征在于，
溅射沉积MgO形成所述势垒层後，进行一定时间的热处理，再冷却到室温或更低温度，以使得在自由层沉积之前所述势垒层具有完美的NaCl晶系晶体结构，并具备(001)平面晶向。
5.根据权利要求4所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，其特征在于，所述势垒层是通过直接对MgO靶材进行溅射沉积。
6.根据权利要求4所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，其特征在于，所述势垒层是通过先对Mg靶材进行溅射沉积，再通过氧化工艺形成MgO。
7.根据权利要求4所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，其特征在于，热处理是采用红外线(Infrared,IR)或微波(Microwave，MW)或激光(Laser)为辐射源，其温度为150℃～600℃。
8.根据权利要求4所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，其特征在于，热处理时间为10秒～1小时。
9.根据权利要求7所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，其特征在于，在加热工艺时可以通入少量的He，N2，Ne，Ar，Kr或Xe气体，用以增加热工艺腔体的热传输效率。进一步地，可以在热工艺的时候，加入垂直磁场，其磁场方向垂直于势垒层的膜平面，其磁场范围为1.5T～5.0T。
10.根据权利要求7所述的磁性随机存储器势垒层和自由层结构单元制备方法，其特征在于，在冷却的过程中，可以冷却磁性隧道结单元到室温或进行超低温冷凝。更进一步地，在冷却过程中，通入He等气体，以获得更高的冷却效果。
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