一种磁隧道结及其制备方法_2

文档序号:9525765阅读:来源:国知局
、氮化铝或氮氧化铝。
[0026]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、A1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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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之间的铁磁親合层51,铁磁親合层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。
[0032] 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。
[0033] 上述磁隧道结的制备方法包括如下步骤:
[0034] (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 ;
[0035] (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 ;
[0036] (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 ;
[0037] (4)在300~500°C下退火处理5~lOmin,得到磁隧道结。
[0038] 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、A1和Ni至少其 中之一。
[0039] 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。
[0040] 实施例1
[0041] 结合图1,上述磁隧道结的制备方法包括如下步骤:
[0042] 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;
[0043] 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;
[0044] 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FeMPt5。合金靶和Co4(]Fe4(]B2。靶,真空度优于106Pa;
[0045] 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lnm;
[0046] 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lnm;
[0047] 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;
[0048] 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;
[0049] 步骤107 :在真空条件下,将步骤106得到的磁隧道结单元在400°C下退火10min, 得到磁隧道结100。
[0050] 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。
[0051] 实施例2
[0052]FePt层的厚度为4. 5nm,CoFeB层的厚度为5nm,其它步骤同实施例1〇
[0053] 实施例3
[0054]FePt层的厚度为6nm,CoFeB层的厚度为5nm,其它步骤同实施例1〇
[0055] 实施例4
[0056] 结合图3,上述磁隧道结的制备方法包括如下步骤:
[0057] 步骤101~102 :同实施例1 ;
[0058] 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;
[0059] 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lnm,再沉积CoFeB层,厚度为5nm,沉积温度为 室温,靶材分别为FeMPt5。合金靶和Co4(]Fe4(]B2。祀,真空度优于106Pa;
[0060] 步骤105 :同实施例1步骤104 ;
[0061] 步骤106 :同实施例1步骤105 ;
[0062] 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;
[0063] 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;
[0064] 步骤109 :在真空条件下,将步骤108得到的磁隧道结单元在300°C下退火lOmin, 得到磁隧道结101。
[0065] 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。
[0066] 实施例5
[0067] 结合图4,上述磁隧道结的制备方法包括如下步骤:
[0068] 步骤101~102 :同实施例1 ;
[0069] 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MnMPt5。合金靶,真空度优于10 6Pa,厚度为20nm;
[0070] 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FeMPt5。合金靶和Co4(]Fe4(]B2。靶,真空度优于106Pa;
[0071] 步骤105 :同实施例1步骤104 ;
[0072] 步骤106 :同实施例1步骤10
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