[发明专利]一种形成磁阻器件的方法以及磁阻器件

说明书

依据本发明的一个方面，提供一种形成磁阻器件的方法，该方法包括：在基板上方形成磁性隧道结结构，该磁性隧道结结构在自底向上的方向上包括自由层、隧道势垒层和参考层，在磁性隧道结结构上方形成钉扎层，用于钉扎参考层的磁化方向，在钉扎层上方形成含Cr的覆盖层，以及进行退火步骤，其中Cr从覆盖层至少扩散到钉扎层中。本发明还提供一种磁阻器件和磁阻随机存取存储器MRAM。

技术领域

本发明涉及一种形成磁阻器件的方法以及磁阻器件。

背景技术

磁阻随机存取存储器(MRAM)技术是未来存储技术的一个有希望的候选者。磁阻器件或存储元件可包括垂直磁性隧道结结构(MTJ)。MTJ可以配置为“顶钉扎”MTJ。顶钉扎MTJ在自底向上的方向上包括自由层，设置在自由层上方的参考层，以及设置在自由层和参考层之间的隧道势垒层。参考层和自由层通常是铁磁层，形成为显示垂直磁各向异性(PMA)或面内磁各向异性。参考层的磁化方向是“固定的”或“钉扎的”，而自由层的磁化方向是可切换的。可通过设置在参考层上的硬磁性“钉扎”层来实现参考层的钉扎。

参考层和自由层的磁化方向的相对取向决定MTJ的电阻。当参考层和自由层的磁化对齐或平行时，MTJ可呈现较低的电阻，而当参考层和自由层的磁化方向互相反平行时，MTJ可呈现较高的电阻。

隧穿磁阻比(TMR)是MTJ电阻在反平行状态和平行状态之间的差异的量度。自由层的不同状态以及相应的不同电阻水平可用于表示逻辑“1”或逻辑“0”。可通过测量MTJ对通过MTJ的“读取电流”来执行MTJ的读取操作。

MTJ的写入操作通常涉及在平行状态和反平行状态之间改变/切换自由层的磁化方向。可通过自旋转移扭矩(STT)效应来控制自由层的磁化方向，其中通过使较高的电流垂直于形成MTJ的层通过MTJ来改变磁化方向。或者，可通过自旋轨道扭矩(SOT)效应来控制自由层的磁化方向，其中通过使电流通过设置在自由层下方的额外的“SOT产生层”来改变磁化方向。STT效应和SOT效应也可以联合使用，以能够更快地切换自由层的磁化方向。

制造这种装置的难处包括：实现足够高的TMR比(例如至少150％)，优选在低结电阻面积乘积下(例如小于10Ohm*μm²)实现；实现足够程度的自由层和参考层的磁各向异性。同时，为了能得到高性能器件，在暴露于后端制程(BEOL)处理(通常400℃)过程中所需的升高的温度后要仍然能展示这些性质。特别是对于顶钉扎MTJ，这仍然是要克服的关键难点之一。

发明内容

本发明的目的是解决这些难点。

依据本发明的第一方面，提供一种形成磁阻器件的方法，该方法包括：

在基板上方形成磁性隧道结结构，该磁性隧道结结构在自底向上的方向上包括自由层、隧道势垒层和参考层，

在磁性隧道结结构上方形成钉扎层，用于钉扎参考层的磁化方向，

在钉扎层上方形成含Cr的覆盖层，以及

进行退火步骤，其中Cr从覆盖层至少扩散到钉扎层中。

依据本发明的第二方面，提供一种形成磁阻器件的方法，该方法包括：

在基板上方形成磁性隧道结结构，该磁性隧道结结构在自底向上的方向上包括自由层、隧道势垒层和参考层，

在磁性隧道结结构上方形成钉扎层的至少一个子层，所述钉扎层用于钉扎参考层的磁化方向，

在所述钉扎层的至少一个子层上方形成含Cr的覆盖层，以及

进行退火步骤，其中Cr从覆盖层至少扩散到所述钉扎层的至少一个子层中。