[发明专利]自旋力矩转移（STT）-磁性随机存取存储器（MRAM）之氮化物盖层

权利要求书

1.一种垂直磁性穿隧结(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、TiO_x、AlTiO、MgZnO、Al₂O₃、ZnO、ZrO_x、HfO_x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。