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具有反转结构的基于钴和铂的多层 薄膜及其制造方法

阅读：403发布：2023-12-20

专利汇可以提供具有反转结构的基于钴和铂的多层薄膜及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种具有新颖结构和垂直磁各向异性的基于钴(Co)和铂(Pt)的多层薄膜及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种具有垂直磁各向异性(PMA)的基于钴和铂的多层薄膜及其制造方法，其包括在衬底之上交替地沉积的薄钴层和薄铂层，并且具有薄钴层的厚度比薄铂层的厚度大的反转结构。基于钴和铂的多层薄膜具有磁性薄层的厚度比非磁性薄层的厚度大的新结构。多层薄膜可以通过根据层的厚度比控制垂直磁各向异性能量，来容易地应用以作为磁隧道结中的自由层和固定层。此外，多层薄膜具有优良的热稳定性，因而即使在经受热处理工艺之后也能保持其PMA能量密度。另外，它使得微量的平面内磁各向异性能够通过热处理形成，以便降低磁化翻转所需的临界电流密度。因此，它可以有利地用于高性能和高密度的MRAM。，下面是具有反转结构的基于钴和铂的多层薄膜及其制造方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种具有垂直磁各向异性(PMA)的基于钴和铂的多层薄膜，其包括交替地沉积在衬底之上的薄钴层和薄铂层，并且具有所述薄钴层的厚度比所述薄铂层的厚度大的反转结构。
2.如权利要求1所述的基于钴和铂的多层薄膜，其中，在所述基于钴和铂的多层薄膜中，所述薄钴层的厚度与所述薄铂层的厚度之比大于1:1，但小于3:1。
3.如权利要求1所述的基于钴和铂的多层薄膜，其中，在所述基于钴和铂的多层薄膜中，每个薄铂层的厚度从0.15nm至0.25nm变动。
4.如权利要求1所述的基于钴和铂的多层薄膜，其中，在所述基于钴和铂的多层薄膜中，所述薄钴层和所述薄铂层沉积一次，或者交替地沉积2至10次。
5.如权利要求1所述的基于钴和铂的多层薄膜，其中，所述衬底是选自硅衬底、玻璃衬底、蓝宝石衬底和氧化镁衬底中的一个。
6.如权利要求1所述的基于钴和铂的多层薄膜，其中，缓冲层和晶种层沉积在所述衬底与交替地沉积的薄钴层和薄铂层之间，以及保护层沉积在交替地沉积的薄钴层和薄铂层上。
7.如权利要求6所述的基于钴和铂的多层薄膜，其中，所述缓冲层、所述晶种层或所述保护层由Au、Cu、Pd、Pt、Ta、Ru、或者它们中的两个或更多个的合金制成。
8.一种制造基于钴和铂的多层薄膜的方法，所述方法包括步骤：
(a)在衬底之上沉积具有薄钴层的厚度比薄铂层的厚度大的反转结构的基于钴和铂的多层薄膜；以及
(b)对所述多层薄膜进行热处理。
9.如权利要求8所述的方法，其中，在150℃和500℃之间的温度下执行所述热处理。
10.如权利要求8所述的方法，还包括，在步骤(a)之前，在所述衬底之上顺序地沉积缓冲层和晶种层的步骤。
11.如权利要求8所述的方法，还包括，在步骤(a)之后且在步骤(b)之前，沉积保护层的步骤。

说明书全文

具有反转结构的基于钴和铂的多层薄膜及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及具有新颖结构和垂直磁各向异性的基于钴(Co)和铂(Pt)的多层薄膜，及其制造方法。

背景技术

[0002] 在努力克服广泛地用于诸如个人计算机(PC)和移动电话之类的电子设备中的半导体存储器件——动态随机存取存储器(在下文中，被称作为DRAM)的易失性时，已经积极地对具有非易失性存储器特性的磁性随机存取存储器(在下文中，被称作为MRAM)进行了研究。如本文中所使用的，术语“非易失性存储器”指的是仅需要特定量的功率来读取和写入信息以及即使当电源阻断时也不需要单独的电源来保持写入的信息的性能。特别地，近年来，DRAM的集成度达到了极限，因而MRAM已经被视为DRAM的替代。因此，在相关工业领域中，已经积极地进行MRAM的研究和开发。

[0003] 自2000年初已经对MRAM进行了研究，并且早期研究主要集中在通过利用施加电流产生的磁场使磁化反转来改变隧穿磁阻(在下文中，被称作为TMR)的电阻。然而，这种基于TMR的MRAM器件具有的缺点在于，随着器件尺寸的减小，写入电流的量大大地增加，这使得难以实现大规模、密集集成的存储器。由于此缺点的原因，引入了基于自旋转移力矩磁化翻转的MRAM技术。它是电流感应的磁化翻转的类型，并且基于利用通过施加电流至磁性薄膜产生的自旋转移力矩(在下文中，被称作为STT)来翻转磁化的方法。基于此方法的MRAM被称作为STT-MRAM。自旋转移力矩磁化翻转与现有的磁场感应的磁化翻转相比，提供了包括高集成度、宽写入窗口以及低功耗在内的各种优点。

[0004] 对STT-MRAM的在先研究主要集中在具有平面内磁各向异性的磁隧道结(在下文中，被称作为MTJ)。近来，还开发了具有相对低的临界电流密度，同时在纳米尺寸的磁单元中保持它们的热稳定性的平面内磁隧道结(iMTJ)。这样的结果大多在基于MgO的结构(具有包括自由层和固定层的交换耦合的三层)中获得，但是要求需要更低的临界电流密2
度(例如，1MA/cm或更少)的MTJ实现高集成MRAM器件以供商业用途。

[0005] 鉴于iMTJ的此缺点，具有垂直磁各向异性(在下文中，被称作为PMA)的MJG具有很大的优点在于，磁化翻转所需的临界电流密度低。这是因为在磁化翻转期间iMTJ需要额外的力矩来克服去磁场(2πMs，其中Ms＝饱和磁化)，因而难以降低临界电流密度。针对此7
垂直MTJ(pMTJ)，最重要的是开发具有优良PMA性能(PMA 能量密度＝大约10erg/cc)的材料和结构。然而，从静磁能角度，PMA应当克服很高的去磁场，因而基本上难以开发具有优良PMA性能的材料和结构。

[0006] 很大程度上可以把PMA分成由界面引起的PMA和由体性能引起的PMA。至今，已经主要地研究了具有垂直磁各向异性(PMA)的三种类型的材料，包括稀土-3d过渡金属无定形合金、诸如CoPd和CoPt的多层薄膜[W.B.Zeper等人,J.Appl.Phys.70,2264(1991)]、以及诸如FePt、CoPt之类的具有L10结构的金属间化合物[T.Shima等人,Appl.Phys.Lett.80,288(2002)]。

[0007] 然而，稀土-3d过渡金属无定形合金具有的问题在于PMA能量密度不足，并且即使在相对低的温度(大约300℃)也发生结晶化以快速地降低PMA性能。另一方面，诸如FePt、CoPt之类的具有L10结构的金属间化合物被称为至目前为止具有最好特性的材料，这是因为PMA能量密度足够高，并且温度特性也良好。然而，具有L10结构的金属间化合物还具有的问题在于，这些化合物不适于在当前存储器件工艺中使用的温度条件，这是因为需要比600℃更高的温度来形成具有被认为PMA最重要的因素的高长范围量级的金属间化合物。另外，存在的问题在于，不容易设计用于形成对垂直磁各向异性(PMA)必要的(001)纹理所需的晶种层和缓冲层。最后，诸如CoPd和CoPt之类的多层薄膜结构具有足够的PMA能量密度，但是具有的问题在于在从大约350℃至450℃变动的温度(即为在当前存储器制造工艺中使用的热处理温度)下，这些多层薄膜结构容易被破坏，因而PMA性能被降低或丧失。

[0008] 因此，由于在现有技术中出现的上述问题，所以迫切需要适用于在当前存储器制造工艺中使用的热处理温度并且同时具有足够的垂直磁各向异性密度的新的材料和结构。

发明内容

[0009] 技术问题

[0010] 因此，本发明的第一目标是提供一种基于钴和铂的多层薄膜，其即使在当前存储器制造工艺中使用的热处理温度范围内也能够牢固地保持其结构和性能，并且同时具有优良的垂直磁各向异性(PMA)以便实现垂直磁隧道结(pMTJ)。

[0011] 本发明的第二目标是提供一种制造上面的基于钴和铂的多层薄膜的方法。

[0012] 技术方案

[0013] 为了实现第一目标，本发明提供了一种具有垂直磁各向异性(PMA)的基于钴和铂的多层薄膜，其包括交替地沉积在衬底上的薄钴层和薄铂层，并且具有薄钴层的厚度比薄铂层的厚度大的反转结构。

[0014] 在本发明的一个实施例中，在基于钴和铂的多层薄膜中薄钴层的厚度与薄铂层的厚度之比可以大于1:1，但小于3:1。

[0015] 在本发明的另一实施例中，在基于钴和铂的多层薄膜中每个薄铂层的厚度可以从0.15nm至0.25nm变动。

[0016] 在本发明的又一实施例中，在基于钴和铂的多层薄膜中薄钴层和薄铂层可以沉积一次，或者可以交替地沉积2至10次。

[0017] 在本发明的再一实施例中，衬底可以选自硅衬底、玻璃衬底、蓝宝石衬底和氧化镁衬底中的任何一种。

[0018] 在本发明的再一实施例中，缓冲层和晶种层可以沉积在衬底与交替地沉积的薄钴层和薄铂层之间，并且保护层可以沉积在交替地沉积的薄钴层和薄铂层上。

[0019] 在本发明的再一实施例中，缓冲层、晶种层或保护层可以由Au、Cu、Pd、Pt、Ta、Ru、或它们中的两个或更多个的合金制成。

[0020] 为了实现第二目标，本发明提供了一种制造基于钴和铂的多层薄膜的方法，所述方法包括步骤：(a)在衬底上沉积具有薄钴层的厚度比薄铂层的厚度大的反转结构的基于铂和钴的多层薄膜；以及(b)对沉积的多层薄膜进行热处理。

[0021] 在本发明的一个实施例中，热处理可以在150℃和500℃之间的温度下执行。

[0022] 在本发明的一个实施例中，所述方法还可以包括：在步骤(a)之前，在衬底上顺序地沉积缓冲层和晶种层的步骤。

[0023] 在本发明的又一实施例中，所述方法还可以包括：在步骤(a)之后且在步骤(b)之前，沉积保护层的步骤。

[0024] 有益效果

[0025] 具有根据本发明的反转结构的基于钴和铂的多层薄膜具有磁性薄层的厚度比非磁性薄层的厚度大的新结构。在高密度MRAM的开发中，本发明的多层薄膜可以通过根据磁性薄层和非磁性薄层的厚度比控制PMA能量密度来容易地应用以作为自由层和固定层。此外，本发明的多层薄膜具有优良的热稳定性，因而即使在经受热处理工艺之后也能够保持其PMA能量密度。另外，它使得微量的平面内磁各向异性能够通过热处理形成，以便降低磁化翻转所需的临界电流密度。因此，它可以有利地用于高性能和高密度的MRAM。附图说明

[0026] 图1是示出根据本发明的一个实施例的多层薄膜的结构的截面图。

[0027] 图2a是为具有根据本发明的一个实施例的反转结构的基于钴和铂的多层薄膜[Co(0.32nm)/Pt(0.2nm)]6的扫描透射电子显微镜图像，以及图2b是示出由图2a中的红虚线表示的部分的每个组分的分布的曲线图。

[0028] 图3a至图3c描绘了对于为根据现有技术的多层薄膜的[Co(0.2nm)/Pt(0.28nm)]6随着热处理温度的磁矩(m)-迟滞(H)曲线。图3a：在热处理之前；图3b：在300℃热处理之后；以及图3c：在450℃热处理之后。

[0029] 图4a至图4c描绘了对于作为具有根据本发明的反转结构的基于钴和铂的多层薄膜的[Co(0.32nm)/Pt(0.2nm)]6随着热处理温度的磁矩(m)-迟滞(H)曲线。图4a：在热处理之前；图4b：在300℃热处理之后；以及图4c：在450℃热处理之后。

[0030] 图5a和图5b是示出对于作为根据现有技术的多层薄膜的[Co(0.2nm)/Pt(tPt nm)]6(Co厚度(tCo)被固定至0.2nm，而Pt厚度(tPt)变化)，作为厚度比(tPt/tCo)的函数的饱和磁化(Ms)(图5a)和PMA能量密度(Ku)(图5b)的曲线图。

[0031] 图6a和图6b是示出对于作为具有根据本发明的实施例的反转结构的基于钴和铂的多层薄膜的[Co(tCo nm)/Pt(0.2nm)]6(Co厚度(tCo)被固定至0.2nm，而Pt厚度(tPt)变化)，作为厚度比(tPt/tCo)的函数的饱和磁化(Ms)(图6a)和PMA能量密度(Ku)(图6b)的曲线图。

具体实施方式

[0032] 在下文中，将更详细地描述本发明。

[0033] 本发明提供了一种具有垂直磁各向异性(PMA)的基于钴和铂的多层薄膜，其包括交替地沉积在衬底上的薄钴层和薄铂层，并且具有薄钴层的厚度比薄铂层的厚度大的反转结构。

[0034] 如上所述，根据现有技术的基于钴和铂的多层薄膜具有作为非磁性薄层的薄铂层的厚度比作为磁性薄层的薄钴层的厚度大的结构。已知根据现有技术的此多层薄膜中的PMA存在于薄钴层和薄铂层之间的界面处。具有此结构的多层薄膜具有致命的缺点在于，多层薄膜在热处理之前的PMA性能丧失，而对于PMA的呈现所必要的薄钴层和薄铂层之间的界面在当前存储器制造工艺中使用的热处理温度范围中被破坏。此缺点使得难以将现有的基于钴和铂的多层薄膜应用于MRAM领域。因此，本发明的发明人进行了研究，将薄钴层(磁性薄层)的厚度和薄铂层(非磁性薄层)的厚度控制在宽范围上，结果发现当薄钴层的厚度比薄铂层的厚度大时，取得了意外的效果。基于此发现，本发明人完成了本发明。

[0035] 因此，本发明提供了一种具有作为磁性薄层的薄钴层的厚度比作为非磁性薄层的薄铂层的厚度大的结构的基于钴和铂的多层薄膜。本发明中的此结构被称作为“反转结构”，这是因为在此结构中这两个层的厚度比与在现有技术结构(非磁性薄层的厚度比磁性薄层的厚度大)中的相比相反。如从随后所述的实例的结果可以看出，具有根据本发明的反转结构的多层薄膜具有的优点在于，即使当它在当前存储器制造工艺中使用的热处理温度范围下经受热处理工艺时，其PMA性能也能保持完整，或者进一步地提高。因而，与根据现有技术的多层薄膜相比它具有更好的性能。

[0036] 在根据本发明的基于钴和铂的多层薄膜中，薄钴层的厚度与薄铂层的厚度之比不被限制，只要前者比后者厚即可。优选地，薄钴层的厚度与薄铂层的厚度之比可以大于1:1，但不大于3:1。如果厚度比不大于1:1，则所得的结构不是反转结构，而仅是与根据现有技术的多层结构相同的结构，因而不能实现本发明的特性效果。如果厚度比大于3:1，则将存在的问题在于，在热处理工艺期间，PMA能量密度降低，且PMA性能大大地恶化。

[0037] 在根据本发明的多层薄膜中，每个薄铂层的厚度可以从0.15nm至0.25nm变动，并且在这种情况下，每个薄钴层的厚度将为满足厚度比范围的厚度，也就是说，厚度从大于0.15nm至0.75nm变动。如果每个薄铂层的厚度小于0.15nm，则将存在的问题在于，PMA能量密度降低并且该层对抗热处理工艺弱，而如果厚度大于0.25nm，则将存在的问题在于，在热处理工艺期间PMA性能快速地恶化。

[0038] 此外，在具有根据本发明的反转结构的多层薄膜中，薄钴层和薄铂层中的每个可以沉积一次，但是优选地薄钴层和薄铂层交替地沉积若干次，以保证更好的垂直磁各向异性。因而，薄钴层和薄铂层中的每个可以沉积1至10次。然而，如果每个层沉积大于10次，则将存在的问题在于，当所得的多层薄膜被应用于实际的存储器件时，其电阻增加，或者用于磁化翻转所需的临界电流值由于磁性薄层的体积增加而增加，因而该多层薄膜不利于商业用途。

[0039] 因而，当层被沉积1至10次以具有上述厚度范围的厚度时，由薄钴层和薄铂层构成的多层薄膜的总厚度将从0.3nm(当均具有0.15nm厚度的薄钴层和薄铂层均被沉积1次时)至10nm(当具有0.25nm厚度的薄钴层和具有0.75nm厚度的薄铂层均被沉积10次时)变动。

[0040] 此外，根据本发明的多层薄膜被沉积在衬底上。衬底可以由选自硅、玻璃、蓝宝石或氧化镁中的任何一种材料制成，但是不限制于此。此外，在根据本发明的多层薄膜中，缓冲层和晶种层可以在把薄钴层和薄铂层沉积在衬底上之前被沉积。另外，在沉积薄钴层和薄铂层之后，还可以在它们上沉积保护层。缓冲层、晶种层或保护层可以由在本发明所属的领域中通常使用的任何材料制成。例如，缓冲层、晶种层或保护层可以由Au、Cu、Pd、Pt、Ta、Ru、或者它们中的两个或更多个的合金制成，并且不仅可以沉积为单个层，还可以沉积为多个层。

[0041] 图1是示出根据本发明一个实施例的多层薄膜的结构的截面图。参见图1，用作缓冲层的Ta层110沉积在衬底100上，并且用作晶种层的Pt层120和Ru层130沉积在它们上。在晶种层120和130上，构成基于钴和铂的多层薄膜140的薄钴层和薄铂层中的每个分别沉积N次至tCo和tPt的厚度。然后，最后沉积用作保护层的Ru层150。

[0042] 本发明还提供了一种制造具有反转结构的基于钴和铂的多层薄膜的方法。该方法包括步骤：(a)在衬底上沉积具有反转结构的基于钴和铂的多层薄膜，在该反转结构中薄钴层的厚度比薄铂层的厚度大；以及(b)对多层薄膜进行热处理。

[0043] 在根据本发明的方法中，关于薄钴层的厚度与薄铂层的厚度之比、每个薄铂层的厚度、每个层的沉积数、缓冲层、晶种层、保护层和衬底的材料的细节如上所述。然而，在根据本发明的本发明中，可以制造对抗热处理工艺的具有高热稳定性的多层薄膜，其与现有技术明显不同，这是因为该多层薄膜具有反转结构。具体地，在根据本发明的方法中，在每个层沉积之后执行的热处理工艺的温度可以从150℃至500℃变动。这意味着鉴于根据现有技术的多层薄膜制造工艺由于与薄膜结构的热稳定性相关联的问题而需要主要在低温范围执行的事实，本发明中的热处理工艺可以在与现有技术相比显著更宽的温度范围内执行。因而，根据本发明的方法使得当前存储器制造工艺能够以方便且成本有效的方式执行，允许这些工艺以各种方式来修改，以及使得可以选择各种材料。此外，如果热处理温度比150℃低，则将不发生显著的问题，但是如果热处理温度比500℃高，则可能存在的问题在于PMA性能恶化。

[0044] 本发明的模式

[0045] 在下文中，将参照优选实例更详细描述本发明。然而，提供了这些实例以供更好地理解本发明，并且本发明的范围不限制于这些实例。

[0046] 多层薄膜的制造

[0047] 使用高质量(最优级)湿氧化Si/SiO2衬底作为衬底。在衬底上，形成Ta缓冲层(5nm厚度)，并且在其上在密堆积方向上形成Pt(10nm厚度)和Ru(30nm厚度)晶种层。在如上所述形成的缓冲层和晶种层上，形成具有根据本发明的反转结构的多层薄膜、和根据现有技术的多层薄膜中的每个，同时改变作为磁性薄层的薄钴层的厚度(tCo nm)和作为非磁性薄层的薄铂层的厚度(tPt nm)。在形成的多层薄膜的每个上，形成用作保护层的Ru层(3nm厚度)。

[0048] 图1示出了根据上述方法制造的本发明的多层薄膜的截面图。图1中所示的每-8个层通过磁控管溅射沉积工艺来沉积。在沉积中使用的腔室的基础压力保持在1×10 托-3
(torr)或更低，并且在氩气的大气下在大约2×10 的压力执行沉积。在沉积过程中，所有的层都通过在真空下沉积单个元素目标(Ta、Pt、Ru和Co)来形成。特别地，薄钴层和薄铂层交替地沉积6次。薄层的厚度通过基于沉积速率准确地控制沉积时间来控制。为了准确地测量薄层的形成速率，沉积的薄层的厚度利用表面分布分析仪和扫描透射电子显微镜(STEM)来测量。另外，对于制造出的多层薄膜的准确元素分布分析，使用了能量色散X射线光谱法(在下文中，被称作为EDS)。

[0049] 图2示出了对于通过根据本发明的一个实施例顺序地沉积元素所制造的多层薄膜的STEM图像和EDS分布分析曲线图。如在图2中可以看出，每个层可以被准确地沉积至期望的厚度，并且组分比还可以与期望比准确地一致。在沉积多层薄膜之后，在300℃至-6500℃的温度下在1×10 托或更低的真空下执行热处理1小时。

[0050] 具体地，图2a是作为具有根据本发明一个实施例的反转结构的基于钴和铂的多层薄膜的[Co(0.32nm)/Pt(0.2nm)]6的STEM图像。从其中可以看出，每个层被沉积成具有均匀的厚度。图2b是示出由图2a中的红色虚线所指示的部分的每个元素组分的分布的曲线图。如从其中可以看出，在沉积工艺期间、或者沉积之前或之后，多层薄膜基本上不受氧化的影响。这支持了根据本发明的多层薄膜的PMA性能仅直接依赖于钴和铂的薄层的厚度和热处理温度。

[0051] 图3和图4是示出针对现有技术的多层薄膜和本发明的多层薄膜，测量磁矩(m)-迟滞(H)曲线的结果的曲线图，以便证实根据本发明制造的多层薄膜的改善性能。m-H迟滞曲线利用振动样品磁强计在正常温度进行测量。另外，尽管在附图中未示出，但是薄膜的微观结构利用X射线衍射计和TEM显微镜来分析。

[0052] 具体地，图3a至图3c描绘了对于作为根据现有技术的多层薄膜且具有非磁性薄层的厚度比磁性薄层的厚度大的结构的[Co(0.2nm)/Pt(0.28nm)]6，随着热处理温度的m-H迟滞曲线(3a：在热处理之前；3b：在300℃热处理之后；以及3c：在450℃热处理之后)。更具体地，图3a至图3c描绘了在平面外方向和平面内方向上施加外部磁场至薄膜表面时测量的随着热处理温度的m-H迟滞曲线。

[0053] 如在图3a至3c中可以看出，在热处理之前(如被沉积的)的膜的确切PMA性能在热处理之后大大地恶化了，并且在平面外方向上薄膜的矫顽力也降低了。这样的结果暗示出根据现有技术的多层薄膜的PMA性能在热处理之后降低了，或者随着热处理温度增加而降低。

[0054] 这样的特性是出现非磁性薄层的厚度比磁性薄层的厚度大的钴铂多层薄膜的典型特性。将理解，根据现有技术的多层薄膜的PMA性能存在于薄钴层和薄铂层之间的界面处，但是在薄钴层和薄铂层之间的界面在热处理期间被破坏时丧失。这样的观察结构清楚地暗示出把现有技术的钴-铂多层薄膜应用至MRAM存在限制。

[0055] 图4a至图4c描绘了对于作为具有根据本发明实施例的反转结构的基于钴和铂的多层薄膜的[Co(0.32nm)/Pt(0.2nm)]6，随着热处理温度的m-H迟滞曲线(4a：在热处理之前；4b：在300℃热处理之后；以及4c：在450℃热处理之后)。如图4a中可以看出，本发明的多层薄膜在热处理之前的m-H迟滞曲线与图3a中所示的现有技术的多层薄膜的m-H迟滞曲线相比，表明了更明显的PMA。因而，可以看出，在热处理之前，本发明的多层薄膜与现有技术的多层薄膜相比具有更好的垂直磁各向异性。

[0056] 如图4b中可以看出，本发明的多层薄膜在热处理之前的PMA性能即使在300℃的热处理之后基本上也能保持，这暗示出本发明的多层薄膜可以克服与在热处理之后PMA性能降低相关联的问题(其为现有技术的问题)。此外，如图4c中可以看出，本发明的多层薄膜的PMA性能即使在450℃的热处理之后也能充分地保持或改善，450℃是与在当前存储器制造工艺中使用的热处理工艺温度相对应的温度。此外，从平面内m-H迟滞曲线的性质可以看出，当沉积的多层薄膜在450℃进行热处理时，具有平面内磁各向异性的第二相位被精细地形成。特别地，从此平面内磁各向异性在本发明的多层薄膜的热处理之后形成的事实中，可以看出降低垂直磁化翻转所需的临界电流值的效果也可以获得。

[0057] 图5和图6是示出对于作为现有技术的多层薄膜和本发明的多层薄膜的[Co(tCo nm)/Pt(tPt nm)]6结构，在改变薄钴层厚度(tCo nm)和薄铂层厚度(tPt nm)至各个值时，测量饱和磁化(Ms)和PMA能量密度(Ku)的结果的曲线图，以便检查根据本发明制造的多层薄膜的关键意义。

[0058] 图5a和图5b是示出对于作为根据现有技术的多层薄膜的[Co(0.2nm)/Pt(tPt nm)]6(Co厚度(tCo)被固定至0.2nm，并且Pt厚度(tPt)变化)，作为厚度比(tPt/tCo)的函数的饱和磁化(Ms)(图5a)和PMA能量密度(Ku)(图5b)的曲线图。如图5a和图5b中所示，随着厚度比接近于现有技术的钴铂多层薄膜的厚度比(即，非磁性薄层的厚度变得更大)，由于平面内饱和磁化降低的原因，所以在热处理温度下多层薄膜的耐久性降低，并且Ms降低，以及Ku也降低。

[0059] 另一方面，图6a和图6b是示出对于作为根据本发明一个实施例的基于铂和钴的多层薄膜的[Co(tCo nm)/Pt(0.2nm)]6(Co厚度(tCo)被固定至0.2nm，而Pt厚度(tPt)变化)，作为厚度比(tPt/tCo)的函数的饱和磁化(Ms)(图6a)和PMA能量密度(Ku)(图6b)的曲线图。从其中可以看出，具有根据本发明的反转结构(也就是说，具有固定的0.2nm的非磁性薄层和逐步增加的大于0.2nm的磁性薄层厚度的结构)的钴铂多层薄膜，即使在热处理工艺中也示出了充分的耐久性，并且与现有技术相比示出了显著改善的PMA性能。

[0060] 此外，在大约500℃的热处理之前和之后，在具有反转结构的[Co(0.5nm)/Pt(0.2nm)]6的钴铂多层薄膜中Ku值最大，并且示出了随着磁性薄层的厚度增加而趋向于降低。特别地，此热处理温度是非常接近于在当前存储器制造工艺中使用的热处理温度(300℃至450℃)的温度。另外，这样的结果清楚地暗示出，当在具有根据本发明的反转结构的多层薄膜中层的厚度比得到了精细地控制时，多层薄膜的PMA能量密度能够容易控制，并且可以获得具有更强的PMA性能的结构。

[0061] 工业实用性

[0062] 如上所述，具有根据本发明的反转结构的基于钴和铂的多层薄膜使得磁性结构能够保证优良的热稳定性，并且可以有利地用在制造和应用替代达到它们极限的DRAM的MRAM中。

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具有反转结构的基于钴和铂的多层薄膜及其制造方法

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