[發明專利]自旋力矩轉移（STT）-磁性隨機存取存儲器（MRAM）之氮化物蓋層

在審

• 申請號: 201980007466.5
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN111615756A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 裘地·瑪麗·艾維塔;真杰諾;童儒穎;維格納許·桑達;朱健;劉煥龍
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12;G11C11/16
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 張福根;付文川

1.一種垂直磁性穿隧結(p-MTJ)，包括：

(a)一穿隧阻障層，為一第一金屬氧化物層；

(b)一垂直非等向性增強層，為一第二金屬氧化物層或一金屬氮氧化物層；

(c)一自由層(FL)，該自由層具有一第一表面與該穿隧阻障層形成一第一界面，該自由層具有一第二表面與該垂直非等向性增強層形成一第二界面，其中該第一界面及第二界面各別在該自由層中產生垂直磁非等向性(PMA)；以及

(d)一金屬氮化物或金屬氮氧化物蓋層或阻障層，接觸該垂直非等向性增強層與該第二界面相反的一側。

2.如權利要求1所述的垂直磁性穿隧結，其中該自由層為單層或多層，該自由層為Co、Fe、CoFe、CoFeB、CoB、FeB、CoFeNi及CoFeNiB或其合金中的一種或多種，其中Fe含量大于磁性元素/成分總含量的50原子％(富鐵)。

3.如權利要求1所述的垂直磁性穿隧結，其中該自由層為一種哈斯勒合金，為Ni₂MnZ、Pd₂MnZ、Co₂MnZ、Fe₂MnZ、Co₂FeZ、Mn₃Ge或Mn₂Ga中的一種，其中Z為Si、Ge、Al、Ga、In、Sn及Sb中的一種，或該自由層為一有序的L10或L11材料，為MnAI、MnGa或RT中的一種，其中R為Rh、Pd、Pt、Ir或其合金，T為Fe、Co、Ni或其合金，或該自由層為TbFeCo、GdCoFe、FeNdB或SmCo的稀土合金。

4.如權利要求1所述的垂直磁性穿隧結，其中該垂直非等向性增強層中的該金屬為Mg、Si、Ti、Ba、Ca、La、Al、Mn、V及Hf中的一種或多種，且該垂直非等向性增強層為單層或疊層。

5.如權利要求1所述的垂直磁性穿隧結，其中該蓋層或阻障層具有M1N或M1ON組成，其中M1為金屬或合金，為Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W中的一種或多種。

6.如權利要求1所述的垂直磁性穿隧結，其中該蓋層或阻障層具有M2M3N或M2M3ON組成，其中M2為B、Al、Si、Ga、In及TI中的一種，M3為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中的一種或多種。

7.如權利要求1所述的垂直磁性穿隧結，其中該蓋層或阻障層包括M2N或M2ON基質，具有M3金屬形成的多個導電路徑，其中M2為B、Al、Si、Ga、In及Tl中的一種，M3為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中的一種或多種。

8.如權利要求1所述的垂直磁性穿隧結，其中該自由層的厚度約為5至

9.如權利要求1所述的垂直磁性穿隧結，其中該穿隧阻障層為MgO、Al₂O₃、MgAlO、TiO_x、AlTiO、MgZnO、Al₂O₃、ZnO、ZrO_x、HfO_x及MgTaO中的一種或其疊層。

10.如權利要求1所述的垂直磁性穿隧結，其中還包括與該穿隧阻障層鄰接的一釘扎層，其中該垂直磁性穿隧結為磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)、自旋力矩轉移-磁性隨機存取存儲器(STT-MRAM)、自旋力矩振蕩器、自旋霍爾效應裝置、磁性傳感器或生物傳感器的一部分。