顺磁性六方金属相耦合间隔物的制作方法

本技术涉及存储结构体，并且更具体地涉及顶部钉扎(被钉扎)的含合成反铁磁性的磁性隧道结(mtj)结构体，其包括铂层和顺磁性六方金属相耦合间隔物。

背景技术：

1、mram为非易失性随机存取存储器技术，其中数据由磁存储元件存储。这些元件典型地由两个铁磁性板形成，铁磁性板各自可保持磁化，由薄的介电层(即，隧道势垒层)隔开。两个板中的一个(即，磁性参考或钉扎层)为其磁矩方向被设置为特定方向的磁体；另一个板的(即，磁性自由层的)磁化可在至少两个不同的方向上改变，表示不同的数字状态，例如用于存储器应用的0和1。在mram中，这样的元件可被称为磁性隧道结(mtj)结构体。在典型的mtj结构体中，所述磁性参考层的磁化固定在一个方向上(例如指向上)，而磁性自由层的方向可通过一些外力例如磁场或产生充电电流的自旋转移扭矩来“切换”。可使用较小的电流(任一极性)来读取器件的电阻，这取决于磁性自由层和磁性参考层的磁化的相对取向。当磁化反平行时，电阻典型地较高，而当它们平行时，电阻较低(尽管这可颠倒，取决于材料)。

2、mtj结构体可被分组成其中磁性参考层位于mtj结构体的底部的底部钉扎mtj结构体，或其中磁性参考层位于mtj结构体的顶部的顶部钉扎mtj结构体。对于一些mram应用，需要包括合成的反铁磁性(saf)耦合层的顶部钉扎mtj结构体(下文中为顶部钉扎的含有saf的mtj)，所述mram应用主要是自旋轨道扭矩(sot)mram，其优点是独立读取和写入电流路径。在顶部钉扎的含saf的mtj中，所述saf耦合层位于包括上部磁性参考层和下部磁性参考层的多层结构体内。将saf耦合层形成到顶部钉扎mtj结构体中并非微不足道的，因为不存在种子层以使saf耦合层生长。而且，由于saf耦合层必须与顶部钉扎mtj结构体的磁性参考层直接接触，因此形成正确的纹理(texture)以形成工作saf耦合层是非常具有挑战性的。铂将有助于形成所需的纹理，但在磁性自由层附近具有铂层，或者使铂扩散到磁性自由层中，将可能降低磁性自由层的垂直磁各向异性(pma)。将如在常规的底部钉扎的含有saf的mtj结构体中使用的铂扩散阻挡层插入到顶部钉扎的含saf的mtj结构体中并非微不足道，因为这样的那些层需要适当的纹理。

技术实现思路

1、提供了用于存储器应用的顶部钉扎的含saf的磁性隧道结结构体，其包含铂层和耦合间隔物。所述耦合间隔物由具有me3x或me2x的化学计量比的顺磁性六方金属相材料组成，其中me为具有磁矩的磁性金属，且x为与me以六方相合金化且稀释me的磁矩的金属。在其中存在me3x耦合间隔物的实施方式中，me为钴(co)，且x为钒(v)、铌(nb)、钽(ta)、钼(mo)或钨(w)。在其中存在me2x耦合间隔物的其它实施方式中，me为铁(fe)，且x为钽(ta)或钨(w)。所述顺磁性六方金属相材料通过如下方式形成：提供至少包括前体顺磁性六方金属相材料形成的多层结构体，所述多层结构体包括磁性金属me和金属x的交替层；然后热浸材料堆叠体。

2、在本技术的一个方面，提供了存储结构体。在本技术的一种实施方式中，存储结构体包括顶部钉扎磁性隧道结结构体，所述顶部钉扎磁性隧道结结构体从底部到顶部包括磁性自由层、隧道势垒层、顺磁性六方金属相耦合间隔物、铂层、以及位于下部磁性参考层和上部磁性参考层之间的含合成反铁磁性(saf)的耦合层的多层磁性参考结构体。

3、在本技术的实施方式中，顺磁性六方金属相耦合间隔物由具有式me3x的材料组成，其中me为钴(co)，且x为钒(v)、铌(nb)、钽(ta)、钼(mo)或钨(w)。在这样的实施方式中，x可为nb或v，导致co3nb或co3v。在其它实施方式中，x可为w或mo。在其它实施方式中，顺磁性六方金属相耦合间隔物由具有式me2x的材料组成，其中me为铁(fe)，且x为钽(ta)或钨(w)，导致fe2ta或fe2w。

4、在本技术的实施方式中，所述顺磁性六方金属相耦合间隔物具有磁矩。在这样的实施方式中，顺磁性六方金属相耦合间隔物的每面积的磁矩可为0至0.1memu/cm2；术语“emu”代表电磁单位。在本技术的实施方式中，顺磁性六方金属相耦合间隔物为具有0.2nm至3nm的厚度的厚的层。在本技术的实施方式中，顺磁性六方金属相耦合间隔物具有抑制铂扩散到磁性自由层中的厚度。在实施方式中，铂层为具有0.2nm至3nm的厚度的薄层。在实施方式中，saf耦合层具有4000oe至最高达6000oe的耦合场平台。在实施方式中，多层磁性参考结构体具有六方晶体结构。

5、在本技术的实施方式中，saf耦合层为以反平行方式耦合下部磁性参考层和上部磁性参考层的非磁性材料。在这样的实施方式中，saf耦合层包括钌(ru)、铱(ir)、铑(rh)，或者ru、ir或rh与彼此的合金(例如，ruir，其中ru或ir组成为0至100％)。

6、在本技术的实施方式中，存储结构体进一步包括极化增强层和位于隧道势垒层和顺磁性六方金属相耦合间隔物之间的非磁性间隔物。

7、在本技术案的另一方面中，提供用于在顶部钉扎的含saf的mtj结构体中形成顺磁性六方金属相材料耦合间隔物的方法。在一种实施方式中，所述方法包括形成材料堆叠体，所述材料堆叠体包括磁性自由层、隧道势垒层和前体顺磁性六方金属相材料形成的多层结构体，其中所述前体顺磁性六方金属相材料形成的多层结构体包括金属x和具有磁矩的磁性金属me的交替层，所述金属x与me以六方相合金化并稀释me的磁矩。交替层具有“合适的”厚度(原子比)以促进me3x相或me2x相的形成。该材料堆叠体可热浸在例如uhv沉积系统中，以将前体顺磁性六方金属相材料形成的多层结构体转化成顺磁性六方金属相材料耦合间隔物。接着，在顺磁性六方金属相材料耦合间隔物上以堆叠方式形成铂层和多层磁性参考结构体，所述多层磁性参考结构体包括位于下部磁性参考层和上部磁性参考层之间的合成反铁磁性(saf)耦合层。

8、在实施方式中，前体顺磁性六方金属相材料形成的多层结构体通过由含磁性金属me的靶材和由含金属x的靶材共溅射形成。在实施方式中，前体顺磁性六方金属相材料形成的多层结构体具有提供顺磁性六方金属相材料耦合间隔物的厚度或me和x的原子比。

9、在实施方式中，热浸在300℃至450℃的温度进行。在实施方式中，热浸在真空中或在惰性环境中进行。

10、在一些实施方式中，所述方法包括形成材料堆叠体，所述材料堆叠体包括磁性参考层、隧道势垒层、前体顺磁性六方金属相材料形成的多层结构体、铂层和多层磁性参考结构体，其中前体顺磁性六方金属相材料形成的多层结构体包括金属x和具有磁矩的磁性金属me的交替层，其中x为与me以六方相合金化并稀释me的磁矩的金属。所述交替层具有“合适的”厚度(原子比)以促进me3x相或me2x相的形成。接着，使材料体堆叠经受热浸以将前体顺磁性六方金属相材料形成的多层结构体转化成顺磁性六方金属相材料耦合间隔物。

11、在任一方法实施方式中，me可为钴(co)，且x可为钒(v)、铌(nb)、钽(ta)、钼(mo)或钨(w)，且顺磁性六方金属相材料耦合间隔物具有式me3x。

12、替代地，并且在任一方法实施方式中，me可为铁(fe)，且x可为钽(ta)或钨(w)，并且顺磁性六方金属相材料耦合间隔物具有式me2x。