一种磁补偿MTJ器件及其制造方法、MRAM设备与流程

本发明涉及磁性存储器领域，特别是涉及一种磁补偿mtj器件及其制造方法、mram设备。

背景技术：

1、磁随机存储器(mram)由磁性隧道结(mtj)阵列构成，mtj的核心结构包括自由层、势垒层和固定层。其中自由层和固定层为磁性多层膜，而势垒层为一层很薄的绝缘层，厚度一般小于2nm。在mtj正常工作时，固定层的磁化方向不变，自由层磁化方向可由外加磁场或输入电流改变，mtj的电阻值决定于自由层和固定层的相对磁化方向。当自由层与固定层磁化方向平行时，mtj呈低电阻态；当自由层与固定层磁化方向反平行时，mtj呈高电阻态。mtj器件基于mtj的高低电阻态实现数据信息的记录。

2、为减小固定层漏磁场对自由层的影响，人们采用基于人工反铁磁结构(saf)的固定层。人工反铁磁结构的固定层内部包括的各个磁性层在自由层处的漏磁场会相互抵消，使自由层的两种磁化状态下的数据保持难度趋近一致，从而保障了mtj器件不同电阻态的数据保持能力的平衡性。但现有的mtj薄膜中，为满足特定性能需求，如较强垂直磁各向异性(pma)、较高磁电阻(tmr)等，钉扎层和参考层所用的材料不同，其磁化强度具有不同的温度变化响应，加上mtj器件在实际使用的过程中环境复杂，环境温度多变，导致随温度变化，基于saf的固定层在自由层处的漏磁场无法相互抵消，换言之，在不同温度下，高低电阻态的数据保持能力也随之相差较大，这不利于mtj器件的可靠性及良率。

3、因此，如何保障不同温度下mtj器件不同电阻态的数据保持能力的平衡性，提升mtj器件可靠性，就成了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种磁补偿mtj器件及其制造方法、mram设备，以解决现有技术中mtj器件在不同温度下，高低电阻态的数据保持能力相差较大的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种磁补偿mtj器件，包括依次层叠设置的mtj单元、隔离层及磁补偿层；

3、所述mtj单元包括层叠设置的自由层、势垒层及saf固定层；

4、在预设温度范围内的相同温度下，所述saf固定层对应的saf固定层净余磁化强度，与所述磁补偿层对应的磁补偿层净余磁化强度的比值不超过第一给定范围，且所述磁补偿层净余磁化强度与所述saf固定层净余磁化强度的方向相反；

5、所述磁补偿层的磁翻转场大于所述自由层的磁翻转场。

6、可选地，在所述的磁补偿mtj器件中，所述磁补偿层包括依次层叠设置的第一补偿子层、反向耦合层及第二补偿子层。

7、可选地，在所述的磁补偿mtj器件中，所述第一补偿子层和/或所述第二补偿子层为复合层。

8、可选地，在所述的磁补偿mtj器件中，所述复合层包括层叠设置的各向异性辅助层及磁性层。

9、可选地，在所述的磁补偿mtj器件中，所述各向异性辅助层包括氧化镁层或钴层中的至少一种；

10、当所述各向异性辅助层为氧化镁层时，所述磁性层包括钴层、铁层、镍层、硼化钴层、硼化铁层、硼化镍层、钴铁层、铁镍层、钴镍层、钴铁硼层、钴铁铂层、钴铁钯层、钴铁铽层、钴铁铬层、钴铁钆层中的至少一种；

11、当所述各向异性辅助层为钴层时，所述磁性层包括铂层、钯层、镍层中的至少一种。

12、可选地，在所述的磁补偿mtj器件中，所述反向耦合层包括铱层、钌层中的至少一种。

13、可选地，在所述的磁补偿mtj器件中，所述第一给定范围为0.8至1.2，包括端点值。

14、可选地，在所述的磁补偿mtj器件中，还包括反铁磁钉扎层；

15、所述反铁磁钉扎层设置于所述磁补偿层远离所述隔离层的表面。

16、一种mram设备，所述mram设备包括如上述任一种所述的磁补偿mtj器件。

17、一种磁补偿mtj器件的制造方法，包括：

18、获取待处理mtj单元数据；所述待处理mtj单元数据对应的待处理mtj单元包括层叠设置的自由层、势垒层及saf固定层；

19、根据所述待处理mtj单元数据确定参考温变磁化数据；所述参考温变磁化数据指在预设温度范围内，所述saf固定层对应的saf固定层净余磁化强度与温度的对应关系的数据；

20、根据所述参考温变磁化数据，确定磁补偿层数据，使所述磁补偿层数据对应的磁补偿层在预设温度范围内的相同温度下的磁补偿层净余磁化强度与所述saf固定层净余磁化强度的比值不超过第一给定范围，且所述磁补偿层净余磁化强度与所述saf固定层净余磁化强度的方向相反，所述磁补偿层的磁翻转场大于所述自由层的磁翻转场；

21、根据所述待处理mtj单元数据设置所述待处理mtj单元，根据所述磁补偿层数据设置所述磁补偿层，并在所述待处理mtj单元及所述磁补偿层之间设置隔离层，得到成品mtj器件。

22、本发明所提供的磁补偿mtj器件，包括依次层叠设置的mtj单元、隔离层及磁补偿层；所述mtj单元包括层叠设置的自由层、势垒层及saf固定层；在预设温度范围内的相同温度下，所述saf固定层对应的saf固定层净余磁化强度，与所述磁补偿层对应的磁补偿层净余磁化强度的比值不超过第一给定范围，且所述磁补偿层净余磁化强度与所述saf固定层净余磁化强度的方向相反；所述磁补偿层的磁翻转场大于所述自由层的磁翻转场。

23、本发明在mtj单元的一侧增设了磁补偿层，磁补偿层的净余磁化强度与saf固定层的净余磁化强度在相同温度下大小相近，但磁化方向相反，使得在自由层对应位置，磁补偿层产生的漏磁场与固定层产生的漏磁场在一定范围内的相同温度下相互抵消，进而保证了不同温度下mtj器件不同电阻态的数据保持能力的平衡性，改善了mtj器件可靠性及良率。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的磁补偿mtj器件的制造方法及mram设备。

技术特征：

1.一种磁补偿mtj器件，其特征在于，包括依次层叠设置的mtj单元、隔离层及磁补偿层；

2.如权利要求1所述的磁补偿mtj器件，其特征在于，所述磁补偿层包括依次层叠设置的第一补偿子层、反向耦合层及第二补偿子层。

3.如权利要求2所述的磁补偿mtj器件，其特征在于，所述第一补偿子层和/或所述第二补偿子层为复合层。

4.如权利要求3所述的磁补偿mtj器件，其特征在于，所述复合层包括层叠设置的各向异性辅助层及磁性层。

5.如权利要求4所述的磁补偿mtj器件，其特征在于，所述各向异性辅助层包括氧化镁层或钴层中的至少一种；

6.如权利要求2所述的磁补偿mtj器件，其特征在于，所述反向耦合层包括铱层、钌层中的至少一种。

7.如权利要求1所述的磁补偿mtj器件，其特征在于，所述第一给定范围为0.8至1.2，包括端点值。

8.如权利要求1至7任一项所述的磁补偿mtj器件，其特征在于，还包括反铁磁钉扎层；

9.一种mram设备，其特征在于，所述mram设备包括如权利要求1至8任一项所述的磁补偿mtj器件。

10.一种磁补偿mtj器件的制造方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种涉及磁性存储器领域，特别是涉及一种磁补偿MTJ器件及其制造方法、MRAM设备，包括依次层叠设置的MTJ单元、隔离层及磁补偿层；所述MTJ单元包括层叠设置的自由层、势垒层及SAF固定层；在预设温度范围内的相同温度下，所述SAF固定层对应的SAF固定层净余磁化强度，与所述磁补偿层对应的磁补偿层净余磁化强度的比值不超过第一给定范围，且所述磁补偿层净余磁化强度与所述SAF固定层净余磁化强度的方向相反；所述磁补偿层的磁翻转场大于所述自由层的磁翻转场。本发明使得在自由层对应位置磁补偿层产生的漏磁场与固定层产生的漏磁场在一定范围内的相同温度下相互抵消，保证了MTJ器件数据保持能力的平衡性。技术研发人员：宫俊录,韩谷昌受保护的技术使用者：浙江驰拓科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10