[发明专利]一种MTJ结构中固定层的优化方法

说明书

本发明提供了一种MTJ结构中固定层的优化方法，包括以下步骤：减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩，使得固定层在自由层处的偏置场符合设定值。与现有技术相比，本发明提供的MTJ结构中固定层的优化方法能够在不影响MTJ结构整体稳定性的基础上，减小固定层厚度，从而减轻MTJ刻蚀损伤。实验结果表明，本发明提供的MTJ结构中固定层的优化方法一方面，降低MTJ刻蚀损伤，同时不影响参考层稳定性；另一方面，降低整体存储单元的厚度，有利于减少刻蚀时间，也为扩展到小尺寸提供光刻(Litho)及硬掩模(HM)更多选择。

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，更具体地说，是涉及一种MTJ结构中固定层的优化方法。

背景技术

主流MRAM制备工艺采用钉扎层在底部的磁隧道结(bottompin MTJ)结构，这样带来的一个问题就是刻完势垒层(通常为MgO)后还需要刻蚀参考层，反铁磁耦合(SAF)钉扎层和种子层。然而，势垒层长时间暴露在高能刻蚀离子中，对MTJ的特性，如耐擦写次数(Endurance)、击穿电压(BDV)、隧道电阻(Rp)及存储层磁特性(如矫顽力Hc)等造成极大伤害。因此，如何减轻势垒层暴露后的刻蚀损伤，是提升MTJ性能的关键。

典型的隧道结层状堆积(MTJ stack)结构如图1所示，MgO势垒层(Barrier)下面有＞20nm的材料(包括种子层和固定层，其中固定层＞10nm)，因此，在MTJ刻蚀过程中，完成MgO刻蚀后，还需要较长时间的刻蚀从参考层(RL)到种子层(Seed layers)，对MgO及自由层(FL)边缘影响重大，导致MRAM存储单元MTJ性能的退化。

固定层的总体厚度太大是由以下两个方面决定的：

一方面，高PMA的需求，导致固定层厚度增加；

另一方面，固定层在自由层处的总偏置场需控制在合理范围，固定层中部分磁性层厚度增加，导致固定层厚度增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种MTJ结构中固定层的优化方法，能够在不影响MTJ结构整体稳定性的基础上，减小固定层厚度，从而减轻MTJ刻蚀损伤。

本发明提供了一种MTJ结构中固定层的优化方法，包括以下步骤：

减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩，使得固定层在自由层处的偏置场符合设定值。

优选的，所述减小固定层磁性层的厚度；调节各磁性层的磁矩包括：

a)减小第一钉扎层PL1的厚度，并提高第一钉扎层PL1的磁矩；

b)减小第二钉扎层PL2的磁矩，并降低第二钉扎层PL2的厚度；

c)减小参考层RL的厚度，并降低参考层RL的磁矩。

优选的，还包括：

优化结构调整层TL。

优选的，步骤a)中所述减小第一钉扎层PL1的厚度的过程具体为：

降低(Co/Pt)n多层中Co和Pt的厚度到每个分子层。

优选的，每层Co的厚度为每层Pt的厚度为n为4～8。

优选的，步骤a)中所述提高第一钉扎层PL1的磁矩的方式为采用高磁饱和磁化Ms的Co合金；所述高磁饱和磁化Ms的Co合金选自Co_xFe_1-x或CoFeNi，其中，x为0.1～0.4。

优选的，所述步骤a)还包括：

增加与反铁磁耦合层AFC接触的Co层或Co合金层的厚度。

优选的，步骤b)中所述减小第二钉扎层PL2的磁矩的方式为采用低磁饱和磁化Ms的磁性层。