[发明专利]高稳定性电子自旋存储器

权利要求书

1.一种半导体装置，包括：

磁隧道结MTJ，其包括自由磁层、固定磁层、以及位于所述自由磁层与所述固定磁层之间的隧道势垒；所述隧道势垒直接接触所述自由磁层的第一侧；

氧化物层，其直接接触所述自由磁层的第二侧；以及

第一材料和第二材料的交替层，其中，所述交替层的其中之一在所述自由磁层与所述氧化物层接触的位置的对面直接接触所述氧化物层；

其中，所述隧道势垒包括氧化物并且具有第一电阻-面积RA乘积，并且所述氧化物层具有低于所述第一RA乘积的第二RA乘积；所述第一侧在所述第二侧的正对面；并且所述隧道势垒包括第一金属，并且所述氧化物层包括不同于所述第一金属的第二金属。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述隧道势垒包括氧化镁，并且所述氧化物层包括氧化钨、氧化钒、氧化铟、氧化铝、氧化钌、以及氧化钽的至少其中之一。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述第二RA乘积小于10mOhm-cm²。

4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述第二侧主要位于平面内并且所述自由磁层具有小于2nm的与所述平面正交的厚度。

5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，所述隧道势垒的厚度小于3nm并且大于所述自由磁层的所述厚度。

6.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述自由磁层包括钴、铁、和硼。

7.根据权利要求1所述的半导体装置，其包括垂直自旋转移矩存储器(STTM)，所述垂直自旋转移矩存储器包括所述MTJ。

8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第二侧在平面内，并且所述自由磁层具有与所述平面正交的、小于隧道势垒层的厚度的厚度。

9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第一材料包括Co和Pd中的一个。

10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中，所述第二材料包括Co和Pd中的另一个。

11.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述氧化物层比所述隧道势垒的导电性低。

12.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述氧化物层、所述固定磁层和所述自由磁层、以及所述隧道势垒都是薄膜。

13.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第二RA乘积小于所述第一RA乘积的10％。

14.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述MTJ具有垂直各向异性。

15.一种用于形成半导体装置的方法，包括：

在衬底上形成磁隧道结MTJ，所述MTJ包括自由磁层、固定磁层、以及位于所述自由磁层与所述固定磁层之间的隧道势垒层；所述隧道势垒直接接触所述自由磁层的第一侧；

形成直接接触所述自由磁层的第二侧的氧化物层；以及

形成第一材料和第二材料的交替层，其中，所述交替层的其中之一在所述自由磁层与所述氧化物层接触的位置的对面直接接触所述氧化物层；

其中，所述隧道势垒具有第一电阻-面积RA乘积，并且所述氧化物层具有低于所述第一RA乘积的第二RA乘积；并且所述隧道势垒包括第一金属，并且所述氧化物层包括不同于所述第一金属的第二金属。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述氧化物层、所述固定磁层和所述自由磁层、以及所述隧道势垒都是薄膜。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二侧主要位于平面内并且所述自由磁层具有小于2nm的与所述平面正交的厚度，并且所述隧道势垒层的厚度小于3nm并且大于所述自由磁层的所述厚度。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二RA乘积小于所述第一RA乘积的10％。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一材料包括Co和Pd中的一个。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第二材料包括Co和Pd中的另一个。

21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述氧化物层比所述隧道势垒的导电性低。