[发明专利]具有减小的开关电流的垂直磁性存储器

权利要求书

1.一种半导体装置，包括：

衬底；

磁性隧道结(MTJ)，其包括固定层以及位于所述固定层与所述衬底之间的第一自由层和第二自由层；

晶种层，其直接接触所述第二自由层；以及

阻挡层，其位于所述第一自由层与所述第二自由层之间；

其中，(a)所述第一自由层是非外延的，并且包括钴(Co)、铁(Fe)和硼(B)，并且(b)所述第二自由层是外延的并且包括锰(Mn)和镓(Ga)。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述阻挡层包括钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铪(Hf)、钒(V)、锆(Zr)和铬(Cr)中的至少一种并且所述阻挡层直接接触所述第一自由层和所述第二自由层两者。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，包括直接接触所述第一自由层的顶表面的电介质层，其中，所述第一自由层的底表面直接接触所述阻挡层。

4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述固定层包括含有Co的子层和含有铂(Pt)的另一子层。

5.根据权利要求4所述的半导体装置，包括位于所述第二自由层与所述衬底之间的底部电极。

6.根据权利要求5所述的半导体装置，包括封盖层，其中，所述固定层位于所述封盖层与所述电介质层之间。

7.根据权利要求6所述的半导体装置，包括额外固定层，所述额外固定层包括Co、Fe和B，其中，所述额外固定层位于所述固定层与所述电介质层之间。

8.根据权利要求7所述的半导体装置，包括位于所述固定层与所述额外固定层之间的额外阻挡层。

9.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述第二自由层包括钌(Ru)。

10.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述第二自由层包括进一步含有Mn和Ga的合金。

11.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，(a)所述第一自由层包括从所述第一自由层的顶表面到所述第一自由层的底表面的厚度，并且(b)所述磁性隧道结是基于所述厚度的垂直磁性隧道结。

12.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述晶种层包括钛(Ti)、氮(N)、铬(Cr)和钌(Ru)中的至少一种。

13.一种半导体装置，包括：

衬底；

垂直磁性隧道结(pMTJ)，其包括固定层以及第一自由层和第二自由层；以及

位于所述第一自由层与所述第二自由层之间的阻挡层，

其中，(a)所述第一自由层包括钴(Co)、铁(Fe)和硼(B)，并且(b)所述第二自由层是外延的并且包括锰(Mn)和镓(Ga)。

14.根据权利要求13所述的半导体装置，其中，所述第一自由层和所述第二自由层位于所述固定层与所述衬底之间。

15.根据权利要求13所述的半导体装置，其中，所述阻挡层包括钽(Ta)和钨(W)中的至少一种。

16.根据权利要求13所述的半导体装置，包括直接接触所述第一自由层的顶表面的电介质层，其中，所述第一自由层的底表面直接接触所述阻挡层。

17.根据权利要求13所述的半导体装置，包括位于所述第二自由层与所述衬底之间的底部电极，其中，所述固定层包括Co和铂(Pt)。

18.根据权利要求16所述的半导体装置，包括额外固定层，所述额外固定层包括Co、Fe和B，其中，所述额外固定层位于所述固定层与所述电介质层之间。