【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自旋力矩转移(STT)-磁性随机存取存储器(MRAM)之氮化物盖层相关专利申请本申请与以下相关：案卷号:HT16-025，申请号：15/461779,申请日为2017年3月17日；以及案卷号：HT17-034，申请号：15/728818,申请日为2017年10月10日；其与本案具有相同受让人，且其整体内容通过引用方式并入本公开。
本公开有关于一种磁性元件，包括一自由层，其与穿隧阻障层及垂直非等向性增强层交界，并与氮化物盖层交界以避免氧气扩散从垂直非等向性增强层扩散出来，并使金属及氮通过垂直非等向性增强层到达自由层的扩散最小化，从而在盖层导电时，维持可接受的磁阻比(magnetoresistiveratio,DRR)，并降低电阻面积(resistance×area,RA)乘积。
技术介绍
MRAM是基于硅互补式金属氧化物半导体(CMOS)与磁性穿隧结(MTJ)技术的整合，是一项新兴的主要技术，相较于现有的半导体存储器(例如SRAM、DRAM及快闪存储器)极具竞争力。此外，J.C.Slonczewski在“多层磁性材料的电流驱动激发”(J.Magn.Magn.Mater.V159,L1-L7(1996))中描述的自旋转移力矩(spin-transfertorque,STT)磁化切换，促进了自旋电子装置的发展，例如千兆级的STT-MRAM。场式MRAM及STT-MRAM都具有基于穿隧磁阻(tunnelingmagnetoresistance,TMR)效应的MTJ元件。其中，堆叠层中具有两个铁...
【技术保护点】
1.一种垂直磁性穿隧结(p-MTJ)，包括：/n(a)一穿隧阻障层，为一第一金属氧化物层；/n(b)一垂直非等向性增强层，为一第二金属氧化物层或一金属氮氧化物层；/n(c)一自由层(FL)，该自由层具有一第一表面与该穿隧阻障层形成一第一界面，该自由层具有一第二表面与该垂直非等向性增强层形成一第二界面，其中该第一界面及第二界面各别在该自由层中产生垂直磁非等向性(PMA)；以及/n(d)一金属氮化物或金属氮氧化物盖层或阻障层，接触该垂直非等向性增强层与该第二界面相反的一侧。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180126 US 15/881,0351.一种垂直磁性穿隧结(p-MTJ)，包括：
(a)一穿隧阻障层，为一第一金属氧化物层；
(b)一垂直非等向性增强层，为一第二金属氧化物层或一金属氮氧化物层；
(c)一自由层(FL)，该自由层具有一第一表面与该穿隧阻障层形成一第一界面，该自由层具有一第二表面与该垂直非等向性增强层形成一第二界面，其中该第一界面及第二界面各别在该自由层中产生垂直磁非等向性(PMA)；以及
(d)一金属氮化物或金属氮氧化物盖层或阻障层，接触该垂直非等向性增强层与该第二界面相反的一侧。
2.如权利要求1所述的垂直磁性穿隧结，其中该自由层为单层或多层，该自由层为Co、Fe、CoFe、CoFeB、CoB、FeB、CoFeNi及CoFeNiB或其合金中的一种或多种，其中Fe含量大于磁性元素/成分总含量的50原子％(富铁)。
3.如权利要求1所述的垂直磁性穿隧结，其中该自由层为一种哈斯勒合金，为Ni2MnZ、Pd2MnZ、Co2MnZ、Fe2MnZ、Co2FeZ、Mn3Ge或Mn2Ga中的一种，其中Z为Si、Ge、Al、Ga、In、Sn及Sb中的一种，或该自由层为一有序的L10或L11材料，为MnAI、MnGa或RT中的一种，其中R为Rh、Pd、Pt、Ir或其合金，T为Fe、Co、Ni或其合金，或该自由层为TbFeCo、GdCoFe、FeNdB或SmCo的稀土合金。
4.如权利要求1所述的垂直磁性穿隧结，其中该垂直非等向性增强层中的该金属为Mg、Si、Ti、Ba、Ca、La、Al、Mn、V及Hf中的一种或多种，且该垂直非等向性增强层为单层或叠层。
5.如权利要求1所述的垂直磁性穿隧结，其中该盖层或阻障层具有M1N或M1ON组成，其中M1为金属或合金，为Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的垂直磁性穿隧结，其中该盖层或阻障层具有M2M3N或M2M3ON组成，其中M2为B、Al、Si、Ga、In及TI中的一种，M3为Pt、Au、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Co、Fe、Mn、Ru、Rh、Ir、Ni、Pd、Zn、Cu、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的垂直磁性穿隧结，其中该盖层或阻障层包括M2N或M2ON基质，具有M3金属形成的多个导电路径，其中M2为B、Al、Si、Ga、In及Tl中的一种，M3为Pt、Au、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Co、Fe、Mn、Ru、Rh、Ir、Ni、Pd、Zn、Cu、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的垂直磁性穿隧结，其中该自由层的厚度约为5至
9.如权利要求1所述的垂直磁性穿隧结，其中该穿隧阻障层为MgO、Al2O3、MgAlO、TiOx、AlTiO、MgZnO、Al2O3、ZnO、ZrOx、HfOx及MgTaO中的一种或其叠层。
10.如权利要求1所述的垂直磁性穿隧结，其中还包括与该穿隧阻障层邻接的一钉扎层，其中该垂直磁性穿隧结为磁阻式随机存取存储器(MRAM)、自旋力矩转移-磁性随机存取存储器(STT-MRAM)、自旋力矩振荡器、自旋霍尔效应装置、磁性传感器或生物传感器的一部分。
11.一种垂直磁性穿隧结(p-MTJ)结构，包括：
(a)一穿隧阻障层，为一第一金属氧化物层；
(b)一垂直非等向性增强层，为一第二金属氧化物层或一金属氮氧化物层；
(c)一自由层(FL)，该自由层具有一第一表面与该穿隧阻障层形成一第一界面，该自由层具有一第二表面与该垂直非等向性增强层形成一第二界面，其中该第一界面及第二界面各别在该自由层中产生垂直磁非等向性(PMA)；以及
(d)一金属氮化物或金属氮氧化物盖层或阻障层；以及
(e)一金属缓冲层，具有一第一表面与该垂直非等向性增强层接触，及一第二表面邻接该盖层或阻障层。
12.如权利要求11所述的磁性元件，其中该自由层为单层或多层，该自由层为Co、Fe、CoFe、CoFeB、CoB、FeB、CoFeNi及CoFeNiB或其合金中的一种或多种，其中Fe含量大于磁性元素/成分总含量的50原子％(富铁)。
13.如权利要求11所述的垂直磁性穿隧结，其中该自由层为一种哈斯勒(Heusler)合金，为Ni2MnZ、Pd2MnZ、Co2MnZ、Fe2MnZ、Co2FeZ、Mn3Ge或Mn2Ga中的一种，其中Z为Si、Ge、Al、Ga、In、Sn及Sb中的一种，或该自由层为一有序的L10或L11材料，为MnAI、MnGa或RT中的一种，其中R为Rh、Pd、Pt、Ir或其合金，T为Fe、Co、Ni或其合金，或该自由层为TbFeCo、GdCoFe、FeNdB或SmCo的稀土合金。
14.如权利要求11所述的垂直磁性穿隧结，其中该垂直非等向性增强层中的该金属为Mg、Si、Ti、Ba、Ca、La、Al、Mn、V及Hf中的一种或多种，且该垂直非等向性增强层为单层或叠层。
15.如权利要求11所述的垂直磁性穿隧结，其中该盖层或阻障层具有M1N或M1ON组成，其中M1为金属或合金，为Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中的一种或多种。
16.如权利要求11所述的垂直磁性穿隧结，其中该盖层或阻障层具有M2M3N或M2M3ON组成，其中M2为B、Al、Si、Ga、In及TI中的一种，M3为Pt、Au、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Co、Fe、Mn、Ru、Rh、Ir、Ni、Pd、Zn、Cu、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中的一种或多种。
17.如权利要求11所述的垂直磁性穿隧结，其中该盖层或阻障层包括M2N或M2ON基质，具有M3金属或合金形成的多个导电路径，其中M2为B、Al、Si、Ga、In及Tl中的一种，M3为Pt、Au、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Co、Fe、Mn、Ru、Rh、Ir、Ni、Pd、Zn、Cu、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中的一种或多种。
18.如权利要求11所述的垂直磁性穿隧结，其中该自由层的厚度约为5至
19.如权利要求11所述的垂直磁性穿隧结，其中该穿隧阻障层为MgO、Al2O3、MgAlO、TiOx、AlTiO、MgZnO、Al2O3、ZnO、ZrOx、HfOx及MgTaO中的一种或其叠层。
20.如权利要求11所述的垂直磁性穿隧结，还包括与该穿隧阻障层邻接的一钉扎层，其中该垂直磁性穿隧结为磁阻式随机存取存储器(MRAM)、自旋力矩转移-磁性随机存取存储器(STT-MRAM)、自旋力矩振荡器、自旋霍尔效应装置、磁性传感器或生物传感器的一部分。
21.如权利要求11所述的垂直磁性穿隧结，其中该金属缓冲层为Ti、V、Cr、Z...
【专利技术属性】
技术研发人员：裘地·玛丽·艾维塔，真杰诺，童儒颖，维格纳许·桑达，朱健，刘焕龙，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。