特許 6548415 犠牲挿入層を用いるスピン移動トルク磁気デバイスで使用可能な垂直磁気異方性磁気接合を提供する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6548415

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】犠牲挿入層を用いるスピン移動トルク磁気デバイスで使用可能な垂直磁気異方性磁気接合を提供する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/8239 20060101AFI20190711BHJP

   H01L 27/105 20060101ALI20190711BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20190711BHJP

   H01L 29/82 20060101ALI20190711BHJP

   H01L 43/12 20060101ALI20190711BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/105 447

   H01L43/08 Z

   H01L29/82 Z

   H01L43/12

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2015-54656(P2015-54656)

(22)【出願日】2015年3月18日

(65)【公開番号】特開2015-179844(P2015-179844A)

(43)【公開日】2015年10月8日

【審査請求日】2018年1月10日

(31)【優先権主張番号】61/955,142

(32)【優先日】2014年3月18日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/020,932

(32)【優先日】2014年7月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】エリクソン， ダスティン ウィリアム

(72)【発明者】

【氏名】タン， ズエティ

(72)【発明者】

【氏名】李 將 銀

【審査官】 宮本 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１９８８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３９１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００８８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０２７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４２５７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３９

Ｈ０１Ｌ ２７／１０５

Ｈ０１Ｌ ２９／８２

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

Ｈ０１Ｌ ４３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気デバイスで使用可能な磁気接合を基板上に提供する方法であって、
書き込み電流が磁気接合を通して流れる際に複数の安定した磁気状態の間でスイッチされる自由層（ｆｒｅｅ ｌａｙｅｒ）を提供するステップと、
非磁性スペーサ層（ｎｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｐａｃｅｒ ｌａｙｅｒ）を提供するステップと、
被固定層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）を提供するステップと、を有し、
前記非磁性スペーサ層は、前記自由層と前記被固定層との間に配置され、
前記自由層を提供するステップ及び前記被固定層を提供するステップのうちの少なくとも一つは、複数のステップを含み、
前記自由層を提供するステップの少なくとも１つのステップは、第１複数のステップを含み、
前記被固定層を提供するステップの少なくとも１つのステップは、第２複数のステップを含み、
前記第１複数のステップは、
前記自由層の第１領域を蒸着するステップと、
第１犠牲層を蒸着するステップと、
少なくとも前記自由層の第１領域と前記第１犠牲層とを摂氏２５℃より高い第１温度でアニーリングするステップと、
前記第１犠牲層を除去するステップと、
前記自由層の第２領域を蒸着するステップと、を含み、
前記第２複数のステップは、
前記被固定層の第１領域を蒸着するステップと、
第２犠牲層を蒸着するステップと、
少なくとも前記被固定層の第１領域と前記第２犠牲層とを摂氏２５℃より高い第２温度でアニーリングするステップと、
前記自由層、前記非磁性スペーサ層、及び前記被固定層の第１領域を含む磁気接合の領域を定義するステップと、
前記第２犠牲層を除去するステップと、
前記被固定層の第２領域を蒸着するステップと、を含み、
前記第２複数のステップを含む被固定層を提供するステップは、前記第２犠牲層を除去するステップの前に少なくとも一つのリフィル（ｒｅｆｉｌｌ）物質を蒸着するステップを更に含むことを特徴とする磁気接合提供方法。

【請求項2】

前記自由層を提供するステップは、前記第１複数のステップを含み、
前記自由層は、面外消磁エネルギー（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）より大きい垂直磁気異方性エネルギー（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｅｎｅｒｇｙ）を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気接合提供方法。

【請求項3】

前記自由層は、１５Åより厚い厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の磁気接合提供方法。

【請求項4】

前記自由層の厚さは、２５Å以下であることを特徴とする請求項３に記載の磁気接合提供方法。

【請求項5】

前記第１犠牲層は、Ｂｉ、Ｗ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の磁気接合提供方法。

【請求項6】

前記自由層を提供するステップの前にＭｇＯシード層を蒸着するステップを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の磁気接合提供方法。

【請求項7】

前記アニーリングするステップは、高速熱アニール（ＲＴＡ：ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌ）を行うステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の磁気接合提供方法。

【請求項8】

前記自由層の第１領域は第１厚さを有し、前記自由層の第２領域は第２厚さを有し、
前記第１厚さは１５Å未満であり、前記第２厚さは１５Å未満であることを特徴とする請求項２に記載の磁気接合提供方法。

【請求項9】

前記少なくとも一つのリフィル物質を蒸着するステップの後に平坦化（ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）を行うステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気接合提供方法。

【請求項10】

前記被固定層は、第１強磁性層、第２強磁性層、及び前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間のカップリング層を含む合成反強磁性（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）であり、
前記被固定層の第２領域を蒸着するステップは、
少なくとも一つの非磁性スペーサ層を蒸着するステップと、
前記第２強磁性層を蒸着するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気接合提供方法。

【請求項11】

前記被固定層の第２領域を蒸着するステップは、前記第１強磁性層の領域を蒸着するステップを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の磁気接合提供方法。

【請求項12】

前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一つは、多層（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ）であることを特徴とする請求項１０に記載の磁気接合提供方法。

【請求項13】

前記被固定層の残余領域を定義するステップを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の磁気接合提供方法。

【請求項14】

前記第２複数のステップを含む被固定層を提供するステップは、少なくとも一つのリフィル物質を蒸着するステップの前に磁気接合の領域を定義するステップを更に含み、
前記磁気接合の領域を定義するステップは、
前記磁気接合に対応する前記第２犠牲層の領域を覆うフォトレジストマスクを前記第２犠牲層上に提供するステップと、
前記第２犠牲層の露出領域、前記被固定層の第１領域、前記非磁性スペーサ層、及び前記フォトレジストマスクによって露出した前記自由層を除去するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気接合提供方法。

【請求項15】

追加的な非磁性スペーサ層を提供するステップと、
追加的な被固定層を提供するステップと、を更に含み、
前記自由層は、前記追加的な非磁性スペーサ層と前記非磁性スペーサ層との間にあり、
前記追加的な非磁性スペーサ層は、前記追加的な被固定層と前記自由層との間にあることを特徴とする請求項１に記載の磁気接合提供方法。

【請求項16】

磁気デバイスで使用可能な磁気メモリを基板上に提供する方法であって、
１５Åの厚さ以下であるＣｏＦｅＢ層を含む自由層の第１強磁性層を基板上に蒸着するステップと、
前記第１強磁性層上に、Ｂｉ、Ｗ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒのうちの少なくとも一つを含み、４Åの厚さ以下である第１犠牲層を蒸着するステップと、
少なくとも前記第１強磁性層及び前記第１犠牲層を第１高速熱アニール（ＲＴＡ）により摂氏２５℃より高い第１温度でアニーリングするステップと、
少なくとも前記第１犠牲層を除去するステップと、
前記第１強磁性層の残余領域上に、前記第１強磁性層の残余領域と合わせて２５Åの厚さ以下を有するように１５Åの厚さ以下のＣｏＦｅＢ層を含む前記自由層の第２強磁性層を蒸着するステップと、
被固定層と前記自由層との間に形成される非磁性スペーサ層を提供するステップと、
前記被固定層の第１領域を蒸着するステップと、
Ｂｉ、Ｗ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒのうちの少なくとも一つを含む４Åの厚さ以下である第２犠牲層を蒸着するステップと、
少なくとも前記被固定層の第１領域、前記第１強磁性層の残余領域、前記第２強磁性層、及び前記第２犠牲層を第２高速熱アニール（ＲＴＡ）により摂氏２５℃より高い第２温度でアニーリングするステップと、
前記第２高速熱アニールによりアニーリングするステップの後に少なくとも一つの磁気接合に対応する犠牲層の領域を覆うフォトレジストマスクを該犠牲層上に提供するステップと、
前記フォトレジストマスクを使用して、前記自由層、前記非磁性スペーサ層、及び前記被固定層の第１領域を含む少なくとも一つの磁気接合の領域を定義するステップと、
少なくとも一つのリフィル物質を蒸着するステップと、
前記少なくとも一つのリフィル物質を蒸着するステップの後に平坦化（ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）を行うステップと、
前記平坦化を行うステップの後に前記第２犠牲層を除去するステップと、
前記被固定層の少なくとも第２領域を蒸着するステップと、
前記被固定層の少なくとも第２領域を蒸着した後に前記少なくとも一つの磁気接合の残余領域を定義するステップと、を有し、
前記自由層は、面外消磁エネルギーより大きい垂直磁気異方性エネルギーを有し、書き込み電流が前記磁気接合を通して流れる際に複数の安定した磁気状態の間でスイッチされることを特徴とする磁気メモリ提供方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気デバイスで使用可能な磁気接合及び磁気メモリを基板上に提供する方法並びに磁気接合に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気メモリ、特に磁気ＲＡＭ（ＭＲＡＭｓ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｉｅｓ）は、高いリード／ライト速度、優れた耐久性、非揮発性、及び動作時の低い消費電力といったポテンシャルを有するために益々注目を浴びている。ＭＲＡＭは磁気物質を情報保存媒体として利用して情報を格納する。ＭＲＡＭの一種類としてＳＴＴ−ＲＡＭ（Ｓｐｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｔｏｒｑｕｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）がある。ＳＴＴ−ＲＡＭは、磁気接合を通過する電流によって少なくとも一部が記録される磁気接合（素子）を利用する。磁気接合を通過するスピン分極された電流は磁気接合内の磁気モーメントにスピントルクを加える。従って、スピントルクに反応する磁気モーメントを有する層は所望する状態でスイッチされる。

【0003】

一例として、図１は、従来のＳＴＴ−ＲＡＭで使用可能な従来の磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｊｕｎｃｔｉｏｎ；ＭＴＪ）１０を示す。従来のＭＴＪ１０は一般的に基板１２上に配置される。下部コンタクト１４と上部コンタクト２２は従来のＭＴＪ１０を通して電流を駆動するように使用される。従来のＭＴＪは従来のシード（ｓｅｅｄ）層（図示せず）を利用し、キャッピング層（ｃａｐｐｉｎｇ ｌａｙｅｒ）及び従来の反強磁性層（ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｌａｙｅｒ：ＡＦＭ）（図示せず）を含む。従来のＭＴＪ１０は従来の被固定層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）１６、従来のトンネルバリア層（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｙｅｒ）１８、及び従来の自由層（ｆｒｅｅ ｌａｙｅｒ）２０を含む。また、上部コンタクト２２を示す。従来のコンタクト（１４、２２）は垂直電流（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｐｌａｎｅ：ＣＰＰ）方向、又は図１に示すｚ軸に電流を駆動するように使用される。通常、従来の被固定層１６は層（１６、１８、２０）の基板１２に隣接する。

【0004】

従来の被固定層１６と従来の自由層２０は磁性を有する。従来の被固定層１６の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）１７は特定方向に固定（ｆｉｘｅｄ）されるか又は被固定される（ｐｉｎｎｅｄ）。単一層として図面に示すが、従来の被固定層１６は多重層を含み得る。例えば、従来の被固定層１６はＲｕのような薄い導電性層を介して反強磁性結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）磁性層を含む合成反強磁性（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ：ＳＡＦ）層である。このようなＳＡＦで、薄いＲｕ層が挿入された複数の磁性層が使用される。他の例として、Ｒｕ層を横切る結合（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）は強磁性であり得る。

【0005】

従来の自由層２０は可変磁化２１を有する。単一層で示すが、従来の自由層２０は複数層を含み得る。例えば、従来の自由層２０はＲｕのような薄い導電性層を介して反強磁性（ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ）又は強磁性結合された（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）磁性層を含む合成層（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｌａｙｅｒ）である。面に垂直に（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｐｌａｎｅ）示すが、従来の自由層２０の磁化２１は面内（ｉｎ ｐｌａｎｅ）にある。従って、被固定層１６及び自由層２０はそれぞれ層の面に垂直な方向の磁化（１７、２１）を有する。

【0006】

従来の自由層２０の磁化２１をスイッチするために電流が面に垂直な方向（ｚ−方向）に駆動される。十分な電流が上部コンタクト２２から下部コンタクト１１に駆動されるとき、従来の自由層２０の磁化２１は従来の被固定層１６の磁化１７に平行にスイッチされる。十分な電流が下部コンタクト１１から上部コンタクト２４に駆動されるとき、従来の自由層２０の磁化２１は被固定層１６の磁化１７に反平行にスイッチされる。磁気的配置（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ）での差異は、異なる磁気抵抗（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）に対応する。即ち従来のＭＴＪ１０の異なる論理状態（例えば、論理「０」及び論理「１」）に対応する。

【0007】

多様なアプリケーションで使用される可能性があるため、磁気メモリに対する研究が進んでいる。例えば、ＳＴＴ−ＭＲＡＭの性能を向上させるメカニズムが要求される。即ち、スピン移動トルク（ｓｐｉｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏｒｑｕｅ）基盤のメモリの性能を向上させる方法とシステムが必要である。ここで説明する方法及びシステムはこのようなニーズを取り扱う。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、磁気デバイスで使用可能な磁気接合及び磁気メモリを基板上に提供する方法並びに磁気接合を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による磁気デバイスで使用可能な磁気接合を基板上に提供する方法は、書き込み電流が磁気接合を通して流れる際に複数の安定した磁気状態の間でスイッチされる自由層（ｆｒｅｅ ｌａｙｅｒ）を提供するステップと、非磁性スペーサ層（ｎｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｐａｃｅｒ ｌａｙｅｒ）を提供するステップと、被固定層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）を提供するステップと、を有し、前記非磁性スペーサ層は、前記自由層と前記被固定層との間に配置され、前記自由層を提供するステップ及び前記被固定層を提供するステップのうちの少なくとも一つは、複数のステップを含み、前記自由層を提供するステップの少なくとも１つのステップは、第１複数のステップを含み、前記被固定層を提供するステップの少なくとも１つのステップは、第２複数のステップを含み、前記第１複数のステップは、前記自由層の第１領域を蒸着するステップと、第１犠牲層を蒸着するステップと、少なくとも前記自由層の第１領域と前記第１犠牲層とを摂氏２５℃より高い第１温度でアニーリングするステップと、前記第１犠牲層を除去するステップと、前記自由層の第２領域を蒸着するステップと、を含み、前記第２複数のステップは、前記被固定層の第１領域を蒸着するステップと、第２犠牲層を蒸着するステップと、少なくとも前記被固定層の第１領域と前記第２犠牲層とを摂氏２５℃より高い第２温度でアニーリングするステップと、前記自由層、前記非磁性スペーサ層、及び前記被固定層の第１領域を含む磁気接合の領域を定義するステップと、前記第２犠牲層を除去するステップと、前記被固定層の第２領域を蒸着するステップと、を含む。

【0010】

前記自由層を提供するステップは、前記第１複数のステップを含み、前記自由層は、面外消磁エネルギー（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）より大きい垂直磁気異方性エネルギー（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｅｎｅｒｇｙ）を有し得る。
前記自由層は、１５Åより厚い厚さを有し得る。
前記自由層の厚さは、２５Å以下であり得る。
前記第１犠牲層は、Ｂｉ、Ｗ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒのうちの少なくとも一つを含み得る。
前記磁気接合提供方法は、前記自由層を提供する前にＭｇＯシード層を蒸着するステップを更に含むことができる。
前記アニーリングするステップは、高速熱アニール（ＲＴＡ：ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌ）を行うステップを含み得る。
前記自由層の第１領域は第１厚さを有し、前記自由層の第２領域は第２厚さを有し、前記第１厚さは１５Å未満であり、前記第２厚さは１５Å未満であり得る。
前記第２複数のステップを含む被固定層を提供するステップは、前記第２犠牲層を除去するステップの前に少なくとも一つのリフィル（ｒｅｆｉｌｌ）物質を蒸着するステップを更に含み得る。
前記磁気接合提供方法は、前記少なくとも一つのリフィル物質を蒸着するステップの後に平坦化（ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）を行うステップを更に含むことができる。
前記被固定層は、第１強磁性層、第２強磁性層、及び前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間のカップリング層を含む合成反強磁性（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）であり、前記被固定層の第２領域を蒸着するステップは、少なくとも一つの非磁性層スペーサを蒸着するステップと、前記第２強磁性層を蒸着するステップと、を含み得る。
前記被固定層の第２領域を蒸着するステップは、前記第１強磁性層の領域を蒸着するステップを更に含み得る。
前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一つは、多層（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ）であり得る。
前記磁気接合提供方法は、前記被固定層の残余領域を定義するステップを更に含むことができる。
前記第２複数のステップを含む被固定層を提供するステップは、少なくとも一つのリフィル物質を蒸着するステップの前に磁気接合の領域を定義するステップを更に含み、前記磁気接合の領域を定義するステップは、前記磁気接合に対応する前記第２犠牲層の領域を覆うフォトレジストマスクを前記第２犠牲層上に提供するステップと、前記第２犠牲層の露出領域、前記被固定層の第１領域、前記非磁性スペーサ層、及び前記フォトレジストマスクによって露出した前記自由層を除去するステップと、を更に含み得る。
前記磁気接合提供方法は、追加的な非磁性スペーサ層を提供するステップと、追加的な被固定層を提供するステップと、を更に含み、前記自由層は、前記追加的な非磁性スペーサ層と前記非磁性スペーサ層との間にあり、前記追加的な非磁性スペーサ層は、前記追加的な被固定層と前記自由層との間にあり得る。

【0011】

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による磁気デバイスで使用可能な磁気メモリを基板上に提供する方法は、１５Åの厚さ以下であるＣｏＦｅＢ層を含む自由層の第１強磁性層を基板上に蒸着するステップと、前記第１強磁性層上に、Ｂｉ、Ｗ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒのうちの少なくとも一つを含み、４Åの厚さ以下である第１犠牲層を蒸着するステップと、少なくとも前記第１強磁性層及び前記第１犠牲層を第１高速熱アニール（ＲＴＡ）により摂氏２５℃より高い第１温度でアニーリングするステップと、少なくとも前記第１犠牲層を除去するステップと、前記第１強磁性層の残余領域上に、前記第１強磁性層の残余領域と合わせて２５Åの厚さ以下を有するように１５Åの厚さ以下のＣｏＦｅＢ層を含む前記自由層の第２強磁性層を蒸着するステップと、被固定層と前記自由層との間に形成される非磁性スペーサ層を提供するステップと、前記被固定層の第１領域を蒸着するステップと、Ｂｉ、Ｗ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒのうちの少なくとも一つを含む４Åの厚さ以下である第２犠牲層を蒸着するステップと、少なくとも前記被固定層の第１領域、前記第１強磁性層の残余領域、前記第２強磁性層、及び前記第２犠牲層を第２高速熱アニール（ＲＴＡ）により摂氏２５℃より高い第２温度でアニーリングするステップと、前記第２高速熱アニールによりアニーリングするステップの後に少なくとも一つの磁気接合に対応する犠牲層の領域を覆うフォトレジストマスクを該犠牲層上に提供するステップと、前記フォトレジストマスクを使用して、前記自由層、前記非磁性スペーサ層、及び前記被固定層の第１領域を含む少なくとも一つの磁気接合の領域を定義するステップと、少なくとも一つのリフィル物質を蒸着するステップと、前記少なくとも一つのリフィル物質を蒸着するステップの後に平坦化（ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）を行うステップと、前記平坦化を行うステップの後に前記第２犠牲層を除去するステップと、前記被固定層の少なくとも第２領域を蒸着するステップと、前記被固定層の少なくとも第２領域を蒸着した後に前記少なくとも一つの磁気接合の残余領域を定義するするステップと、を有し、前記自由層は、面外消磁エネルギーより大きい垂直磁気異方性エネルギーを有し、書き込み電流が前記磁気接合を通して流れる際に複数の安定した磁気状態の間でスイッチされる。

【0012】

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による磁気デバイスで使用可能な磁気接合は、書き込み電流が磁気接合を通して流れる際に複数の安定した磁気状態の間でスイッチされ、面外消磁エネルギーより大きい垂直磁気異方性エネルギーを有し、１５Åの厚さより厚い強磁性層を有する自由層と、非磁性スペーサ層と、被固定層と、を備え、前記非磁性スペーサ層は、前記被固定層と前記自由層との間に形成される。

【0013】

前記強磁性層は、前記面外消磁エネルギーより大きい垂直磁気異方性エネルギーを有するＣｏＦｅＢ層を含み得る。
前記非磁性スペーサ層は、結晶質ＭｇＯトンネルバリア層であり、前記磁気接合は、ＭｇＯシード層を更に含み、前記強磁性層は、前記ＭｇＯシード層と前記結晶質ＭｇＯトンネルバリア層との間に配置され得る。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来の磁気接合を示す図である。

【図2】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な磁気接合を提供する方法を示す図である。

【図3】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な磁気接合を示す図である。

【図4】他の実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な磁気接合を示す図である。

【図5】他の実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な磁気接合の一部を提供する方法を示す図である。

【図6】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な磁気接合を示す図である。

【図7】他の実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な磁気接合を提供する方法を示す図である。

【図8】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な磁気接合を示す図である。

【図9】他の実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な磁気接合を提供する方法を示す図である。

【図10】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図11】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図12】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図13】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図14】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図15】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図16】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図17】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図18】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図19】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図20】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図21】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図22】一実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合の製造過程を示す図である。

【図23】他の実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図24】他の実施形態によるスピン移動トルクを用いてプログラム可能な磁気メモリで使用可能な製造過程の磁気接合を示す図である。

【図25】一実施形態による記憶セルのメモリ素子で磁気接合を利用するメモリを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本実施形態は磁気メモリのような磁気デバイスで使用可能な磁気接合及びそのような磁気接合を使用する装置に関する。磁気メモリは、スピン移動トルク磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭｓ）を含み、不揮発性メモリを採用した電子装置に使用される。このような電子装置は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、及びその他の携帯用及び非携帯用のコンピュータ装置を含むが、これに制限されない。以下の説明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を実施できるように提供し、特許出願とその要求事項の一部として提供する。本明細書に記載した例示的な実施形態及びそれに対する原理及び形態の多様な変更は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に自明である。本実施形態は、主に特定の実施形態で提供する特定の方法及びシステムについて記述しているが、上記方法及びシステムは他の実施形態でも有効に動作する。「本実施形態」、「一実施形態」、及び「他の実施形態」のような文言は複数の実施形態だけでなく同一又は他の実施形態に関するものであり得る。実施形態は一定の構成を有するシステム及び／又は装置について記述するが、システム及び／又は装置は図示する構成より多いか又は少ない構成を含み得、配置及び構成の形態は本発明の範囲内で変更し得る。また、本実施形態は所定のステップを有する特定方法について記述するが、このような方法及びシステムは他の及び／又は追加的なステップを有する例示的な実施形態に矛盾しない他の順序のステップを有する他の方法においても有効に動作する。従って、本発明は図示する実施形態に限定することを意図しない。本明細書に記載した原理及び形態に矛盾しない最も広い範囲を有する。

【0016】

本方法及びシステムは磁気接合を利用する磁気メモリだけでなく磁気接合を提供する。本実施形態は磁気接合及び磁気デバイスで使用可能な磁気接合を提供する方法を提供する。磁気接合提供方法は、書き込み電流が磁気接合を通して流れる際に複数の安定した磁気状態の間でスイッチされる自由層（ｆｒｅｅ ｌａｙｅｒ）を提供し、非磁性スペーサ層（ｎｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｐａｃｅｒ ｌａｙｅｒ）を提供し、被固定層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）を提供するステップを有し、非磁性スペーサ層は自由層と被固定層との間に配置され、自由層を提供するステップは第１複数のステップを含み、被固定層を提供するステップは第２複数のステップを含み、第１複数のステップは、自由層の第１領域を蒸着し、第１犠牲層を蒸着し、少なくとも自由層の第１領域と第１犠牲層とを摂氏２５℃より高い第１温度でアニーリングし、第１犠牲層を除去し、自由層の第２領域を蒸着するステップを含み、第２複数のステップは、被固定層の第１領域を蒸着し、第２犠牲層を蒸着し、少なくとも被固定層の第１領域と第２犠牲層とを摂氏２５℃より高い第２温度でアニーリングし、自由層、非磁性スペーサ層、及び被固定層の第１領域を含む磁気接合の領域を定義し、第２犠牲層を除去し、被固定層の第２領域を蒸着するステップを含む。

【0017】

本実施形態は、特定方法、磁気接合、及びある構成を有する磁気メモリについて説明する。本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明が他の及び／又は追加的な構成及び／又は本発明と矛盾しない他の特徴を有する磁気接合と磁気メモリの使用に一貫する。また、本方法及びシステムは、スピン伝達現象、磁気異方性、及び他の物理的な現状の理解について説明する。その結果として、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本方法及びシステムの稼動に対する理論的説明が、スピン伝達、磁気異方性、及び他の物理的な現状のこのような現在の理解に基づいて成されることが簡単に分かる。しかし、ここで説明する方法とシステムは特定の物理的な説明に依存しない。また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本方法とシステムが基板に特定の関係を有する構造について説明することが簡単に分かる。しかし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本方法とシステムが他の構造と一貫していることが簡単に分かる。また、本方法とシステムは、合成された及び／又は単一のある層について説明する。しかし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、層が他の構造を有し得ることが簡単に分かる。更に、本方法とシステムは、特別な層を有する磁気接合及び／又は下部構造について説明する。しかし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本方法とシステムに矛盾しない追加的な及び／又は他の層を有する磁気接合及び／又は下部構造も使用し得ることが簡単に分かる。更に、ある構成は、磁性（ｍａｇｎｅｔｉｃ）、強磁性（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）、及びフェリ磁性（ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｃ）と記載する。ここで使用する磁性という用語は、強磁性、フェリ磁性、又は類似の構造を含み得る。このように、ここで使用する「磁性」又は「強磁性」という用語は、強磁性体及びフェリ磁性体を含むが、これに限定されない。また、本方法とシステムは、単一磁気接合と下部構造について説明する。しかし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本方法とシステムが複数の磁気接合を有して複数の下部構造を使用する磁気メモリの使用に関することが簡単に分かる。更に、ここで使用する「面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）」は実質的に磁気接合の一つ以上の層の面内にあるか、又はその面に平行するものである。逆に、「垂直の（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）」は磁気接合の一つ以上の層に実質的に垂直な方向に該当する。

【0018】

図２は、ＳＴＴ−ＲＡＭのような磁気メモリで使用可能な磁気接合を製造する方法１００の一実施形態を示す図である。従って、方法１００は多様な種類の電子装置で使用される。単純化するため、一部のステップは省略されるか、或いは別途に又は組み合わせて行われる。更に、方法１００は磁気メモリ形成の他のステップが行われた後に始められる。

【0019】

自由層のための材料蒸着を含む自由層がステップ１０２により提供される。自由層はシード層上に蒸着される。シード層は、自由層の結晶構造、磁気異方性、及び／又は自由層の磁気減衰（ｄａｍｐｉｎｇ）を含む多様な目的のために選択されるが、これに制限されない。例えば、自由層は自由層の垂直磁気異方性を向上させる結晶質ＭｇＯ層のようなシード層上に提供される。二重磁気接合（ｄｕａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が製造されると、自由層は他の非磁性スペーサ層上に形成される。このような非磁性スペーサ層は上述したＭｇＯシード層である。被固定層はこのようなスペーサ層の下に形成される。

【0020】

ステップ１０２で提供された自由層は消磁エネルギー（ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）を超える垂直磁気異方性を有することが要求される。従って、自由層の磁気モーメントは、面に垂直（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｐｌａｎｅ）であることを含む平面外（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ）で安定である。更に、分極強化層（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ：ＰＥＬ）が自由層の一部として又は追加的に提供される。ＰＥＬはハイスピン分極材料を含む。また、ステップ１０２で提供された自由層は書き込み電流が磁気接合を通して流れる際に複数の安定した磁気状態の間でスイッチされるように形成される。従って、自由層はスピン移動トルクを利用してスイッチされる。ステップ１０２で提供された自由層は、磁性（ｍａｇｎｅｔｉｃ）であり、動作温度で熱的に安定である。しかし、ステップ１０２で自由層を提供することについて説明するが、自由層の縁は後に提供されるスタック（ｓｔａｃｋ）で定義される。

【0021】

一実施形態で、ステップ１０２は追加的なステップを含む。このような実施形態で、自由層の第１領域が先に蒸着される。自由層の第１領域はＣｏ、Ｆｅ、及び／又はＢを含む磁気層を含む。例えば、２０原子パーセント以下のＢを有するＣｏＦｅＢ層が蒸着される。また、このような実施形態で、ステップ１０２は層間の界面を共有するように第１強磁性層上に犠牲挿入層を蒸着するステップを含む。犠牲挿入層は、ホウ素に親和性を有し、低い拡散を有して下部層と相対的に優れた格子整合を有する材料を含む。例えば、下部強磁性層と犠牲挿入層との間の格子パラメータの差異は１０％以下である。格子挿入層は薄い。一実施形態において、犠牲挿入層は１０Å以下の厚さである。このような実施形態で、犠牲挿入層は４Åを超えず１Åより大きい。他の実施形態において、異なる厚さが使用される。次いで犠牲挿入層と下部層は室内温度（例えば、摂氏２５℃）以上でアニーリングされる。例えば、摂氏３００〜４００℃の温度範囲で高速熱アニール（ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌ：ＲＴＡ）が使用される。他の実施形態において、アニーリングは、ブロックヒーティング（ｂｌｏｃｋ ｈｅａｔｉｎｇ）を含む他の方式で行われるが、これに制限されない。また、アニーリングは他の温度で行われる。アニーリングの後、犠牲挿入層は、例えばプラズマエッチングにより除去される。他の実施形態において、犠牲挿入層はイオンミリング（ｉｏｎ ｍｉｌｌｉｎｇ）又はＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）を含む更に他の方法により除去されるが、これに制限されない。除去ステップで、下部強磁性層の一部の領域が除去される。次いで、任意に自由層の残余領域が蒸着される。例えば、第２強磁性層は露出した第１強磁性層上に蒸着される。また、このような第２強磁性層は他のＣｏＦｅＢ層である。一実施形態において、提供された磁性材料の全体量は、自由層が消磁エネルギーを超える垂直磁気異方性を持つことになる。例えば、ステップ１０２の最後で、第１及び第２強磁性層は、合わせて３０Åを超過せずに、１５Åより大きい全体の厚さを有する。一実施形態において、全体の厚さは２５Åを超えない。例えば、全体の厚さは、少なくとも１６Åであり、２５Å以下である。他の実施形態において、自由層は他の方式で形成される。本発明において、犠牲挿入層は犠牲層とも指称する。

【0022】

ステップ１０４により非磁性スペーサ層が提供される。一実施形態において、結晶質ＭｇＯトンネルバリア層は、形成される磁気接合のために要求される。ステップ１０４はトンネルバリア層を形成するＭｇＯ蒸着を含む。一実施形態において、ステップ１０４は、例えば高周波数（ＲＦ）スパッタリングを使用したＭｇＯ蒸着を含む。Ｍｇ金属が蒸着された後、ステップ１０４でＭｇの自然酸化膜を提供するために酸化される。また、ＭｇＯバリア層／非磁性スペーサ層は他の方法により形成される。ステップ１０２については、上述したように、非磁性スペーサ層の縁は後に例えば磁気接合の残余領域の蒸着後に定義される。ステップ１０４は、強化されたトンネル磁気抵抗（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＴＭＲ）のため、「１００」配向を有する結晶質ＭｇＯトンネルバリアを提供するために既に形成された磁気接合の残余領域をアニーリングするステップを含む。

【0023】

ステップ１０６により被固定層が提供される。従って、非磁性スペーサ層は被固定層と自由層との間にある。一実施形態において、ステップ１０６で、被固定層は、ステップ１０２で自由層を形成した後に形成される。他の実施形態において、自由層が先に形成される。被固定層は磁性であり、被固定層の磁化は少なくとも一部の磁気接合の動作中に特定方向にピンド（ｐｉｎｎｅｄ）されるか又は固定（ｆｉｘｅｄ）される。従って、被固定層は動作温度で熱的に安定である。ステップ１０６で形成された被固定層は、単（単一）層であるか、又は多層（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌａｙｅｒｓ）を含む。例えば、ステップ１０６で形成された被固定層は、ルテニウム（Ｒｕ）のような薄い非磁性層を反強磁性又は強磁性により結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）磁性層を含むＳＡＦである。また、このようなＳＡＦ内で、各磁性層は多層（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌａｙｅｒｓ）を含む。また、被固定層は他の多層である。ステップ１０６で形成される被固定層は、面外消磁エネルギー（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）を超える垂直異方性エネルギーを有する。従って、被固定層は、面に対して垂直配向された（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）磁気モーメントを有する。被固定層の磁化の他の配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）は可能である。また、このようなＰＥＬ又はカップリング層のような他の層が被固定層と非磁性スペーサ層との間に挿入されることに留意する。

【0024】

一実施形態で、ステップ１０６は、ステップ１０２について上述した内容と類似の複数のステップを含む。例えば、被固定層の第１領域が先に蒸着される。被固定層の第１領域は、Ｃｏ、Ｆｅ、及び／又はＢを含む磁性層を含む。例えば、２０原子パーセントを超えないＢを含むＣｏＦｅＢ層が蒸着される。また、ＰＥＬ又は他の構造体が被固定層と非磁性スペーサ層との間に蒸着される。また、このような実施形態で、ステップ１０６は形成された被固定層の領域上に他の犠牲挿入層を蒸着することを含む。一実施形態において、犠牲挿入層は強磁性層上に直接蒸着される。他の実施形態において、他の層が強磁性層と犠牲挿入層との間に蒸着される。犠牲挿入層は、下部層と相対的に優れた格子整合を成し、低い拡散を有し、ホウ素に親和性を有する材料を含む。例えば、下部の強磁性層と犠牲挿入層との間の格子パラメータの差異は１０％以下である。犠牲挿入層は薄い。一実施形態で、犠牲挿入層は上述した自由層と同じ厚さを有する。他の実施形態において、他の厚さが使用される。しかし、犠牲挿入層は後述するようにパターニングのために連続して形成されることが要求される。犠牲挿入層と下部層は、後に室内温度より高い温度でアニーリングされる。例えば、摂氏３００〜４００℃範囲の温度でのＲＡＴが使用される。他の実施形態において、アニーリングは他の方法で行われる。アニーリング後に犠牲挿入層の下の磁気接合の領域が定義される。例えば、磁気接合の縁はフォトリソグラフィマスク及びイオンミリング又は層のための他のメカニズムを使用して定義される。アルミナのような非磁性絶縁層は磁気接合の周辺領域をリフィル（ｒｅｆｉｌｌ）するために蒸着される。また、平坦化が行われる。後に犠牲層は、例えばプラズマエッチングにより除去される。また、他の除去方法が使用される。除去ステップで、下部強磁性層の一部の領域が除去される。後に、被固定層の残余領域は任意に蒸着される。例えば、追加的な強磁性層が、露出した第１強磁性層上に直接蒸着される。被固定層がＳＡＦである実施形態で、Ｒｕのような非磁性層が蒸着される。また、他の磁性層が非磁性層上に提供される。他の実施形態において、被固定層は他の方法で形成される。

【0025】

図３は、方法１００を利用して製造される磁気接合２００及び周辺構造物の一実施形態を示す図である。明確には、図３は、実際のサイズの比率でなく、理解を助けるためのものである。磁気接合２００は、スピン移動トルク磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）のような磁気デバイスと多様な種類の電子デバイスで使用される。磁気接合２００は、磁気モーメント２１１を有する自由層（ｆｒｅｅ ｌａｙｅｒ）２１０、非磁性スペーサ層（ｎｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｐａｃｅｒ ｌａｙｅｒ）２２０、及び磁気モーメント２３１を有する被固定層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）２３０を含む。また、トランジスタが下部基板２０１に形成されるが、素子はこれに制限されない。また、下部コンタクト（ｂｏｔｔｏｍ ｃｏｎｔａｃｔ）２０２及び上部コンタクト（ｔｏｐ ｃｏｎｔａｃｔ）２０８、選択的シード層（ｏｐｔｉｏｎａｌ ｓｅｅｄ ｌａｙｅｒ）２０４、及び選択的キャッピング層（ｏｐｔｉｏｎａｌ ｃａｐｐｉｎｇ ｌａｙｅｒ）２０６も示す。図３に示すように、被固定層２３０は磁気接合２００の上部に隣接する（基板２０１から遠い）。選択的固定層（図示せず）は被固定層２３０の磁化（図示せず）の固定に使用される。一実施形態において、選択的な固定層は、ＡＦＭ層であるか、又は交換−バイアス相互作用によって被固定層２３０の磁化（図示せず）を固定（ｐｉｎ）する多重層（ｍｕｌｔｉａｙｅｒ）である。しかし、他の実施形態において、選択的固定層は、省略されるか、又は他の構造体が使用される。更に、一実施形態において、被固定層２３０及び自由層２１０の基板２０１に対する配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）は逆にされる。即ち、被固定層２３０は、他の実施形態において、自由層２１０より基板に隣接する。

【0026】

図３に示す実施形態で、被固定層２３０及び自由層２１０のそれぞれの垂直磁気異方性エネルギーは被固定層２３０及び自由層２１０の面外消磁エネルギー（ｏｕｔ ｏｆ ｐｌａｎｅ ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）を超える。従って、自由層２１０の磁気モーメント２１１及び被固定層２３０の磁気モーメント２３１のそれぞれは、面に対して垂直である。状態は異なり、自由層２１０に対する安定した磁気状態は＋ｚ方向又は−ｚ方向に配向された（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）モーメントである。自由層２１０及び被固定層２３０のそれぞれは、磁気接合２００を完成する前に除去される犠牲挿入層の使用と共に別々に形成される層２１０及び／又は層２３０の領域を指す点線を含む。

【0027】

磁気接合２００は、ライト（書き込み）電流が磁気接合２００を通して流れる際に、自由層２１０が複数の安定した磁気状態の間でスイッチされるように構成される。即ち、自由層２１０は、ライト電流がＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｐｌａｎｅ）方向で磁気接合２００により駆動される際に、スピン移動トルクを利用してスイッチされる。従って、磁気接合２１０に格納されたデータと自由層２１０の磁化方向は磁気接合２００を通して流れるリード電流により読み取ることができる。また、リード電流はＣＰＰ方向で磁気接合２００により駆動される。即ち、磁気接合２００の磁気抵抗（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）はリード信号を提供する。

【0028】

磁気接合２００及び自由層２１０は、ステップ１０２及び／又はステップ１０６を使用して製造することで向上した性能を有する。このような効果については、特定の物理的メカニズムに関連して後述する。しかし、該当分野の通常の技術者は記述する方法及びシステムが特定の物理的な説明に依存しないことを簡単に認識できる。自由層２１０がステップ１０２で犠牲挿入層を利用して形成された場合、自由層２１０は厚くてもよく、磁気モーメント２１１、向上した磁気抵抗、及び／又は低い減衰のための面に垂直な（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｐｌａｎｅ）安定状態を有する。犠牲挿入層なしで形成された場合、自由層は、面に垂直な磁気モーメントを維持するため、通常１２Åの厚さを超えない。例えば、概ね１５Åの厚さである強磁性ＣｏＦｅＢ層は面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）の磁気モーメントを有する。しかし、より薄い自由層は、面に垂直な（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｐｌａｎｅ）磁気モーメントを有するが、磁気抵抗は減少する。このような減少は自由層がＭｇＯシード層及びＭｇＯ非磁性スペーサ層のような二つのＭｇＯ層の間にある場合に特に目立つ。トンネル磁気抵抗での減少は自由層とＭｇＯ層の結晶性（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ）での衝突（ｃｏｎｆｌｉｃｔ）によるものと思われる。また、自由層は二つの磁気層間に永久（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ）挿入層が形成される。このような自由層は１２Åより厚い全体の厚さを有する。磁気層は永久挿入層により分離される。磁気層のそれぞれは面に垂直な磁気モーメントを維持するために１２Åの厚さより厚くない単位（ｏｒｄｅｒ）にある。このような薄い磁気／自由層は面に垂直な磁気モーメントを有する。更に、磁気抵抗は向上し得る。例えば、Ｗのような永久挿入層はＭｇＯ層及び自由層のような周辺層の結晶性（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ）の間の衝突を減少する。これは更に高い磁気抵抗になる。しかし、減衰は要求より高いこともある。このような高い減衰はスイッチ電流（自由層の磁気モーメントの状態を変化させるために要求される書き込み電流）を増加させる。高いスイッチ電流は一般的に好ましくない。即ち、このような磁気接合の性能に問題が生じる。

【0029】

このような磁気接合と対照的に、磁気接合２００は、製造過程で犠牲挿入層（図３には図示せず）を使用することにより、より高い磁気抵抗を有する。犠牲挿入層の使用及び自由層２１０の下部領域の後続アニーリングは非磁性スペーサ層２２０の形成前に自由層２１０の結晶化がなされる。これは、自由層２１０と異なり、Ｂ及びＯに対する犠牲挿入層の親和性に少なくとも部分的に起因するものと思われる。従って、自由層２１０は結晶構造及び垂直異方性を維持しつつより厚い厚さに製造される。例えば、自由層２１０は１５Åより厚く、面に垂直な磁気モーメント２３１を有する。一実施形態で、自由層２１０は２５Åの厚さを超えない。例えば、自由層２１０は、少なくとも１６Åの厚さであり、２０Åの厚さを超えない。従って、磁気接合２００はより高い磁気抵抗を有する。また、犠牲挿入層の除去は自由層２１０の減衰を減少させる。即ち、自由層２１０はより低いスイッチ電流を示す。より小さい書き込み電流が磁気接合プログラミングに使用される。従って、性能が向上する。

【0030】

また、ステップ１０６における被固定層２３０の製造は磁気デバイスでの磁気接合２００の性能を向上させる。従って、下部層（２０４、２１０、２２０、２３０の一部）は全体被固定層２３０が蒸着される前に定義され、磁気接合２００の薄い領域がこのような定義ステップの間に除去される。このような定義ステップの間に、磁気デバイスにおける最も隣接する磁気接合によるシャドーイング（Ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）が緩和される。被固定層２３０の残余領域及びキャッピング層２０６のような磁気接合２００の残余領域を定義する際、同様の効果が達成される。従って、磁気接合２００は、製造工程に否定的な影響を与えず他の磁気接合（図３には図示せず）に隣接して配置される。即ち、製造工程が改善され、より高密度のメモリ素子を具現し得る。ステップ１０２及びステップ１０６で犠牲挿入層を使用した場合、後の、上述した磁気接合及び磁気デバイスのパッケージング／製造工程の全てにおいて性能向上の効果が達成される。

【0031】

図４は、方法１００を利用して製造される磁気接合２００’及び周辺構造物の一実施形態を示す図である。明確には、図４は、実際サイズの比率でなく、理解を助けるためのものである。磁気接合２００’は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭ（Ｓｐｉｎ−ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏｒｑｕｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ−ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）のような磁気デバイスと多様な種類の電子デバイスで使用される。磁気接合２００’は、磁気接合２００と類似する。従って、類似の構成要素は同様に示す。磁気接合２００’の磁気モーメント２１１を有する自由層２１０、非磁性スペーサ層２２０、及び磁気モーメント２３１を有する被固定層２３０は、磁気接合２００に示す磁気モーメント２１１を有する自由層２１０、非磁性スペーサ層２２０、及び磁気モーメント２３１を有する被固定層２３０に類似する。また、磁気接合２００の基板２０１、下部コンタクト２０２、上部コンタクト２０８、選択的シード層２０４、及び選択的キャッピング層２０６に類似の磁気接合２００’の下部基板２０１、下部コンタクト２０２、上部コンタクト２０８、選択的シード層２０４、及び選択的キャッピング層２０６を示す。

【0032】

図４に示す磁気接合２００’は二重磁気接合（ｄｕａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）である。即ち、磁気接合２００’は追加的な非磁性スペーサ層２４０及び追加的な被固定層２５０を含む。被固定層２５０は被固定層２３０と類似する。従って、被固定層２５０は面に垂直な磁気モーメント２５１を有する。図示する実施形態で、磁気接合２００’は二重状態（ｄｕａｌ ｓｔａｔｅ）である。即ち、磁気モーメント（２３１、２５１）は反平行（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ）である。他の実施形態において、磁気モーメント（２３１、２５１）はアンチデュアル（ａｎｔｉｄｕａｌ）又は平行（ｐａｒａｌｌｅｌ）状態である。更に他の実施形態において、磁気モーメント（２３１、２５１）は動作中に二重とアンチデュアル（ａｎｔｉｄｕａｌ）状態の間でスイッチされる。非磁性スペーサ層２４０は非磁性スペーサ層２２０と類似する。しかし、非磁性スペーサ層２４０は、非磁性スペーサ層２２０と異なる物質で形成されるか若しくはこれと同様又は異なる厚さを有する。例えば、層（２２０、２４０）は両方とも「１００」ＭｇＯである。しかし、非磁性スペーサ層２４０のような一つの層は薄い。一実施形態で、非磁性スペーサ層２４０は非磁性スペーサ層２２０より３０％薄い単位（ｏｒｄｅｒ）である。

【0033】

二重磁気接合２００’は磁気接合２００の利点を共有する。従って、磁気接合２００’は、向上した磁気抵抗、減少した減衰、及びスイッチ電流を有し、磁気デバイスでより密にパッキング（ｐａｃｋｅｄ）される。

【0034】

図５は、ＳＴＴ−ＲＡＭのような磁気デバイスで使用可能な磁気接合の領域を製造する方法１１０の一実施形態を示す図である。簡略化するため、一部のステップは省略されるか、或いは別途に又は組み合わせて行われる。更に、方法１１０は磁気メモリ形成の他のステップが行われた後に始められる。方法１１０は方法１００のステップ１０２を行う際に使用される。しかし、他の実施形態において、方法１１０は被固定層のような磁気接合２００の他の領域を製造する際に使用され、これと共に又は別途に、他の製造工程と連係して使用される。

【0035】

方法１１０はシード層のような他の層が形成された後に始められる。例えば、一実施形態で、方法１１０は「１００」配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を有する結晶質ＭｇＯシード層が蒸着された後に始められる。二重磁気接合が製造される場合、ＭｇＯ「シード」層は被固定層に形成される他の非磁性スペーサ層である。更に、ＰＥＬが自由層の一部として又は追加的に提供される。

【0036】

自由層の第１領域がステップ１１２により蒸着される。自由層の第１領域はＣｏ、Ｆｅ、及び／又はＢを含む磁気層を含む。例えば、２０原子パーセントを超えないＢを有するＣｏＦｅＢ層が蒸着される。一実施形態で、このような強磁性層の厚さは２５Åに及ぶ。一実施形態で、強磁性層は少なくとも１５Åである。しかし、他の実施形態において、他の厚さ及び／又は他の層も可能である。

【0037】

犠牲挿入層は、層が界面を共有するため、第１強磁性層上にステップ１１４により蒸着される。従って、犠牲挿入層は、ホウ素に親和性を有し、低い拡散を有し、相対的に下部ＣｏＦｅＢ層と優れた格子整合を成す物質を含む。例えば、下部強磁性層と犠牲挿入層との間の格子パラメータの差は１０％より小さい。犠牲挿入層は、Ｂｉ、Ｗ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒのうちの少なくとも一つを含む。一実施形態で、犠牲挿入層は、Ｂｉ、Ｗ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及び／又はＺｒで構成される。犠牲挿入層は薄く、例えば１０Åの厚さより薄い。このような実施形態で、犠牲挿入層の厚さは４Åを超えず、１Åより厚い。他の実施形態において、他の厚さが使用される。

【0038】

次いで、犠牲挿入層及び下部層は室内温度より高い温度でステップ１１６によりアニーリングされる。例えば、摂氏３００〜４００℃の温度範囲でＲＴＡが使用される。他の実施形態において、アニーリングは他の方式及び／又は他の温度で行われる。ステップ１１６のアニーリングは下部ＣｏＦｅＢ層が好ましい構造体及び配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）に結晶化されるように行われる。また、ＣｏＦｅＢ層で過剰Ｂ及び／又は強磁性層で過剰酸素はアニーリングの間、犠牲挿入層により吸収される。

【0039】

アニーリングの後、ステップ１１８により犠牲挿入層が除去される。例えば、プラズマエッチングが使用される。他の実施形態において、犠牲挿入層はイオンミリング又はＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）を含む他の方法により除去されるが、これに制限されない。ステップ１１８において、下部ＣｏＦｅＢ層の一部の領域は除去される。ステップ１１８の後、ＣｏＦｅＢ層の残余厚さは０より厚く、１５Åを超えないことが要求される。一実施形態で、ステップ１１２で形成されたＣｏＦｅＢ層の残余領域は２０Åを超えない。このような実施形態で、ＣｏＦｅＢ層は、ステップ１１８の後、１０Åを超えない。しかし、ＣｏＦｅＢ層を完全に除去することは要求されない。

【0040】

自由層の残余領域は、任意に、以後のステップ１２０により蒸着される。例えば、第２強磁性ＣｏＦｅＢ層が、露出した第１強磁性層上に蒸着される。従って、第１及び第２磁気層（例えば、ＣｏＦｅＢ層）は界面を共有する。また、多層を含む他の層が形成される。磁気物質が存在する全体量に拘わらず、自由層は消磁エネルギー（ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）を超える垂直磁気異方性を有する。第１強磁性層の残余領域は、ステップ１１８及びステップ１２０で第２強磁性層が共に提供された後、全体の厚さが１５Åより大きい。このような二層の全体の厚さは３０Åを超過しない。このような実施形態で、全体の厚さは２５Åを超えない。例えば、全体の厚さは少なくとも１６Åであり、２０Åより小さい。一実施形態において、第１及び第２強磁性層のそれぞれの厚さは１５Åの厚さを超えない。

【0041】

図６は、方法１１０を利用して製造される磁気接合２００’’の一実施形態を示す図である。明確には、図６は、実際サイズの比率でなく、理解を助けるためのものである。磁気接合２００’’は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気デバイスと多様な種類の電子デバイスで使用される。磁気接合２００’’は、磁気接合２００と類似する。従って、類似の構成要素は同様に示す。磁気接合２００’’は、磁気接合２００に示す磁気モーメント２１１を有する自由層２１０、非磁性スペーサ層２２０、及び磁気モーメント２３１を有する被固定層２３０と類似に、磁気モーメント２１１を有する自由層２１０、非磁性スペーサ層２２０、及び磁気モーメント（２３１Ａ／２３１Ｂ）を有する被固定層２３０’を含む。また、磁気接合２００の選択的シード層２０４と類似の下部選択的シード層２０４を示す。本実施形態で見られるシード層２０４は結晶質ＭｇＯシード層である。シード層（ＭｇＯ）２０４は自由層２１０の垂直磁気異方性を向上させる。

【0042】

また、図６は、選択的Ｆｅ挿入層２６０及び選択的ＰＥＬ２７０を示す。例えば、選択的ＰＥＬ２７０は、ＣｏＦｅＢ合金層、ＦｅＢ合金層、Ｆｅ／ＣｏＦｅＢ二重層、半金属層（ｈａｌｆ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｌａｙｅｒ）、又はホイスラ（Ｈｅｕｓｌｅｒ）合金層である。また、他の高スピン分極物質が提供される。一実施形態において、選択的ＰＥＬ２７０は被固定層２３０の垂直磁気異方性が向上するように構成される。更に、被固定層２３０’は、非磁性層２３４で分離される強磁性層（２３２、２３６）を含むＳＡＦである。強磁性層（２３２、２３６）は、非磁性層２３４を介して反強磁性（ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ）結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）される。一実施形態で、強磁性層２３２は一つ以上の多層である。被固定層２３０’は、方法１００のステップ１０６を利用して製造される。従って、磁気接合２００’’の領域は、被固定層２３０’の領域として形成される前に定義される。他の実施形態において、層（２３２、２３４、２３６）は磁気接合２００’’の縁が定義される前に蒸着される。

【0043】

図６に示す磁気接合２００’’は、方法１００のステップ１０２の方法１１０を利用して形成される。従って、自由層２１０は点線で分離された二つの領域を含む。点線の下の自由層２１０の下部領域はステップ１１２で蒸着される。この層の一部領域はステップ１１８で除去される。点線の上の自由層２１０の上部領域はステップ１２０で蒸着される。点線で自由層２１０が概ね半分に分けられているが、自由層２１０の点線の上又は下は異なる比率を有し得る。従って、自由層２１０は１５Åより厚い厚さを有する単一強磁性層を含むものとして考慮される。しかし、このような強磁性層の領域は方法１１０の他のステップで蒸着される。図６に示す実施形態で、自由層２１０は単一強磁性層で構成される。一実施形態で、このような強磁性層はＢが２０原子パーセントを超えないように含まれるＣｏＦｅＢ層である。

【0044】

方法１１０で、自由層２１０は犠牲挿入層を使用して形成されるため、自由層２１０は厚く、磁気モーメント２１１のための面に垂直な安定状態を有し、向上した磁気抵抗と低い減衰を有する。犠牲挿入層及びステップ１１６〜１１８で使用したアニーリングは自由層２１０の結晶度を向上させる。これは高磁気抵抗になる。自由層２１０の残余領域の蒸着前のステップ１１８での犠牲挿入層の除去は自由層２１０の減衰を向上させる。従って、自由層２１０は、結晶構造及び垂直異方性を維持しつつ、厚い厚さで製造される。例えば、自由層２１０は、１５Åより厚いが、面に垂直な磁気モーメント２１１を有する。一実施形態で、自由層２１０は２５Åの厚さを超えない。例えば、自由層２１０は少なくとも１６Åの厚さであり、２０Åの厚さを超えない。従って、磁気接合２００’’は更に高い磁気抵抗を有する。また、犠牲挿入層の除去は自由層２１０での減衰を減少させる。即ち、自由層２１０は低いスイッチ電流を示す。より小さい書き込み電流が磁気接合のプログラミングに使用される。従って、性能が向上する。

【0045】

また、被固定層２３０’は磁気デバイスで磁気接合２００’’の性能を向上させる。特に、層（２１０、２６０、２２０、２７０、２３０’の一部）を含む磁気接合の領域が先に定義される。被固定層２３０’の残余領域は後に定義される。このような定義ステップが行われる間にシャドーイング（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）は緩和される。従って、製造工程は改善され、より密にパッキングされた（ｐａｃｋｅｄ）メモリ装置を実現し得る。

【0046】

図７は、ＳＴＴ−ＲＡＭのような磁気デバイス及び多様な種類の電子装置で使用可能な磁気接合の領域を製造する方法１３０の一実施形態を示す図である。簡略化するため、一部のステップは省略されるか、或いは別途に又は組み合わせて行われる。また、方法１３０は磁気メモリ形成の他のステップが行われた後に始められる。方法１３０は方法１００のステップ１０６の実施形態と類似する。従って、方法１３０は自由層及び非磁性スペーサ層が提供された後に始められる。

【0047】

被固定層の第１領域がステップ１３２により蒸着される。被固定層のこのような第１領域は単一層又は多層である。例えば、被固定層の第１領域はＣｏ、Ｆｅ、及び／又はＢを含む磁気層を含む。例えば、Ｂが２０原子パーセントを超えないように含まれるＣｏＦｅＢ層が蒸着される。また、ＰＥＬ又は他の構造体が被固定層と非磁性スペーサ層との間に蒸着される。また、Ｃｏ／Ｐｔ多層のような非磁性層に挟まれた強磁性層を含む多層が蒸着される。方法１３０により形成された被固定層がＳＡＦである場合、ステップ１３２は、磁気（マルチ）層、磁石（マルチ）層、及び非磁性層の一部又は全部、或いは磁気（マルチ）層、非磁性層、及び上部磁気（マルチ）層の領域を蒸着するステップを含む。しかし、一般的に被固定層のより小さい領域がステップ１３２で蒸着される。これは以下のステップ１３８でより薄い構造が定義されるようになる。

【0048】

犠牲挿入層は、形成された被固定層の領域上にステップ１３４により蒸着される。犠牲挿入層は、ホウ素に親和的であり、低い拡散を有し、下部層と相対的に優れた格子整合を成す物質を含む。例えば、下部強磁性層と犠牲挿入層との間の格子パラメータの差は１０％より小さい。例えば、犠牲挿入層は、Ｂｉ、Ｗ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒのうちの少なくとも一つを含む。一実施形態において、犠牲挿入層は、Ｂｉ、Ｗ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及び／又はＺｒで構成される。犠牲挿入層は薄い。しかし、犠牲挿入層は後述するパターニングがなされるように連続することが要求される。

【0049】

次いで、犠牲挿入層及び下部層はステップ１３６によりアニーリングされる。例えば、摂氏３００〜４００℃の範囲の温度でＲＴＡが使用される。他の実施形態において、アニーリングは他の方式で行われる。即ち、ステップ１３２で蒸着される被固定層の領域とステップ１３６でアニーリングされる犠牲挿入層だけでなく、非磁性スペーサ層及び自由層が犠牲挿入層の下に配置される。従って、アニーリングの温度及び他の特性は、結晶質ＭｇＯトンネルバリア層のような非磁性スペーサ層に対する否定的な影響をなくすように十分に低くすることが要求される。

【0050】

アニーリングの後、ステップ１３８により犠牲挿入層の下の磁気接合の領域がフォトリソグラフィーで定義される。従って、ステップ１３８は、フォトレジスト層を提供し、フォトレジスト層をパターニングしてフォトレジストマスクを提供するステップを含む。また、他の物質がマスクに使用される。マスクは磁気接合の領域を形成する蒸着層の領域を覆う。磁気接合の周辺領域は露出される。磁気接合の縁はイオンミリング又は層の露出した領域をエッチングする他のメカニズムを利用して定義される。イオンミリングは犠牲挿入層の上部に垂直に対して小さい角度で行われる。

【0051】

その後、ステップ１４０によりリフィル（ｒｅｆｉｌｌ）ステップが行われる。即ち、アルミナのような非磁性絶縁層が蒸着される。また、後続工程のための平たい表面を提供するために平坦化が行われる。

【0052】

犠牲挿入層は、その後、ステップ１４２により除去される。ステップ１４２はプラズマエッチングにより行われる。また、他の除去方法が使用される。除去ステップで、被固定層の下部領域の一部領域が除去される。任意に、被固定層の残余領域は後にステップ１４４により蒸着される。例えば、追加的な強磁性層が、露出した第１強磁性層上に直接蒸着される。被固定層がＳＡＦである実施形態で、層はステップ１３２で蒸着された被固定層の比率に依存して蒸着される。例えば、ステップ１３２で全体の下部強磁性層（又はマルチ層）がステップ蒸着され、次いでステップ１４４でＲｕのような非磁性層及び他の磁気層が蒸着される。他の実施形態において、被固定層は他の方法により形成される。

【0053】

磁気接合の残余領域はステップ１４６により定義される。ステップ１４６はステップ１３８と類似の方式のフォトリソグラフィーで行われる。しかし、自由層はステップ１３８で既に定義されたため、低密度パターンがステップ１４６で使用される。従って、磁気接合の上部は下部より広くない。他の実施形態において、磁気接合の上部領域は磁気接合の下部領域と同一サイズであるか、又はより広い。一実施形態で、被固定層の上部領域は多重（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）磁気接合により延長される。

【0054】

図８は、方法１３０を利用して製造される磁気接合２００’’’を含む磁気メモリの一実施形態を示す図である。明確には、図８は、実際サイズの比率でなく、理解を助けるためのものである。磁気接合２００’’’は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気デバイスと多様な種類の電子デバイスで使用される。磁気接合２００’’’は、磁気接合２００、磁気接合２００’、及び／又は磁気接合２００’’と類似する。しかし、単純化のために磁気接合２００’’’の個別層は示さない。

【0055】

図８から見られるように、ステップ１３８で定義された磁気接合２００’’’の下部領域は距離ｄ１を置いて離隔される。ステップ１４６で定義された磁気接合２００’’’の上部領域は距離ｄ２を置いて離隔される。更に、距離ｄ_１＜距離ｄ_２である。従って、ステップ１３８及びステップ１４６で使用されたフォトレジストマスクは他の密度を有する。他の実施形態において、密度は距離ｄ_１＝距離ｄ_２のように同じである。また、他の実施形態において、ステップ１４６で使用されるマスクの密度はステップ１３８で使用されたマスクの密度より大きい。従って、このような実施形態では、距離ｄ_１＞距離ｄ_２である。他の実施形態において、磁気接合２００’’’の上部領域は連結される。更に、磁気接合２００’’’の上部と下部のアスペクト比、フットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔｓ）、及び他の幾何学的パラメータは異なる。また、単に三つの磁気接合を示しているが、一般的には、他の個数が共に製造される。更に、一般的には、磁気接合の２次元的配列が基板上に共に製造される。明確にするため、単に３個のラインのみを示す。

【0056】

方法１３０を利用して磁気接合２００’’’の性能及び製造工程が改善される。磁気接合２００’’’の下部領域が先に定義される。被固定層２３０’の残余領域が後に定義される。ステップ１３８及びステップ１４６で定義されたスタック（ｓｔａｃｋ）の領域は薄い。結果的に、このような定義ステップの間にシャドーイング（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）は緩和される。従って、磁気接合２００’’’の下部領域は、より隣接するようにパッキング（ｐａｃｋｅｄ）され、より旨く定義される。磁気接合２００’’’の上部領域は自由層を含まない。磁気接合２００’’’のこのような領域の間の間隔はそれほど重要でない。このような領域は更に離隔し得る。従って、より良い工程制御及び統合（ｉｎｔｅｒｇｒａｔｉｏｎ）が達成される。更に、磁気接合２００’’’のこのようなセクションの分離構成は性能向上のための形状の調整がなされる。結果的に、製造は改善され、より密にパッキングされたメモリ素子を具現し得る。磁気接合２００’’’の自由層が方法１１０を利用して製造された場合、より性能が向上する。

【0057】

図９は、ＳＴＴ−ＲＡＭのような磁気デバイス及び多様な種類の電子装置で使用可能な磁気接合を製造する方法１５０の一実施形態を示す図である。簡略化するため、一部のステップは省略されるか、或いは別途に又は組み合わせて行われる。更に、方法１５０は磁気メモリ形成で他のステップが行われた後に始められる。図１０〜図２４は、方法１５０を利用した製造過程の磁気接合の実施形態を示す。図１０〜図２４は、実際サイズの比率でない。

【0058】

ステップ１５２により結晶質ＭｇＯシード層が蒸着される。一実施形態において、ステップ１５２は二重磁気接合のような一つの非磁性スペーサ層を形成する。従って、被固定層は結晶質ＭｇＯ層の下に配置される。他の実施形態において、ステップ１５２で蒸着された層は下部磁気接合のためのシード層である。

【0059】

ステップ１５４により自由層の第１強磁性ＣｏＦｅＢ層が蒸着される。このような層は上述したステップ１０２及びステップ１１２と類似する。一実施形態で、強磁性層は少なくとも１５Åである。しかし、他の実施形態において、異なる厚さ及び／又は異なる層も可能である。図１０は、ステップ１５４を行った後の磁気接合３００を示す。即ち、自由層のシード層（ＭｇＯ）３０２及び第１強磁性層（ＣｏＦｅＢ）３１２を示す。

【0060】

ステップ１５６により犠牲挿入層が第１強磁性層３１２上に蒸着される。即ち、ステップ１５６はステップ１１４と類似する。従って、犠牲挿入層の物質及び厚さは上述した通りである。図１１は、ステップ１５６が行われた後の磁気接合３００を示す。即ち、犠牲挿入層（Ｗ）３０４を示す。一実施形態において、犠牲挿入層３０４の物質及び厚さは上述した方法１００及び方法１１０のものと類似する。

【0061】

その後、ステップ１５８により層（３０２、３０４、３１２）がアニーリングされる。例えば、摂氏３００〜４００℃の範囲の温度でＲＴＡが使用される。即ち、アニーリングステップ１５８はステップ１１６のものと類似する。アニーリングの後、犠牲挿入層３０４はステップ１６０により除去される。ステップ１６０はステップ１１８と類似する。例えば、プラズマエッチングが使用される。図１２は、ステップ１６０が行われた後の磁気接合３００を示す。即ち、犠牲挿入層３０４が除去される。また、第１強磁性層３１２’の一部領域が除去される。これにより少し薄い強磁性層３１２’が示される。

【0062】

一実施形態において、自由層の残余領域はステップ１６２により蒸着される。例えば、第２強磁性ＣｏＦｅＢ層が、露出した第１強磁性層３１２’上に蒸着される。図１３は、ステップ１６２の後の磁気接合３００を示す。即ち、第２強磁性層（ＣｏＦｅＢ）３１４が蒸着される。層（３１２’、３１４）は合わせて自由層３１０を形成する。

【0063】

非磁性スペーサ層がステップ１６４により提供される。一実施形態において、結晶質ＭｇＯバリア層がステップ１６４で提供される。図１４はステップ１６４が行われた後の磁気接合３００を示す。即ち、非磁性スペーサ層（ＭｇＯ）３２０が製造される。

【0064】

ステップ１６６により被固定層の第１領域が蒸着される。ステップ１６６はステップ１３２と類似する。従って、強磁性層及び／又は非磁性層を含む単一層又は多層が蒸着される。図１５は、ステップ１６６の後の磁気接合３００を示す。即ち、強磁性層３３２を示す。図１５〜図２４に示す実施形態において、全体の下部層／ＳＡＦ被固定層の多層はステップ１６６で提供される。しかし、他の実施形態において、強磁性層３３２のより多くの層又はより少ない層がステップ１６６で蒸着される。

【0065】

ステップ１６６’により追加的な犠牲挿入層が強磁性層３３２上に蒸着される。ステップ１６６’はステップ１３４と類似する、従って、上述した物質及び厚さが使用される。図１６は、ステップ１６６’が行われた後の磁気接合３００を示す。即ち、犠牲挿入層（Ｗ）３０６を示す。

【0066】

ステップ１６８により層（３０２、３１２’、３１４、３２０、３０６）がアニーリングされる。ステップ１６８はステップ１３６と類似する。例えば、上述した温度でＲＴＡが行われる。アニーリングの温度と他の特性は結晶質ＭｇＯトンネルバリア層のような非磁性スペーサ層が悪影響を受けないように十分に低いことが要求される。

【0067】

アニーリングの後、ステップ１７０により犠牲挿入層下部の磁気接合３００の領域がフォトリソグラフィーで定義される。ステップ１７０はステップ１３８と類似する。図１７はステップ１７０過程の磁気接合を示す。即ち、マスク３６０が犠牲挿入層３０６上に提供される。図１８はステップ１７０の後の磁気接合を示す。即ち、二つの磁気接合の領域が定義される。詳しくは、自由層３１０、非磁性層３２０、及び強磁性層３３２が定義される。

【0068】

その後、ステップ１７２によりリフィル（ｒｅｆｉｌｌ）ステップが行われる。これにより、アルミナのような非磁性絶縁層が蒸着され、平坦化される。ステップ１７２はステップ１４０と類似する。図１９及び図２０はステップ１７２の途中とその後の磁気接合を示す。即ち、リフィル物質３０８を図１９に示す。図２０はステップ１７２が完了した後の磁気接合３００を示す。即ち、リフィル物質３０８の上面が平坦化される。

【0069】

その後、犠牲層はステップ１７４により除去される。ステップ１７４はステップ１４２と類似する。任意に、被固定層の残余領域は後にステップ１７６により蒸着される。ステップ１７６はステップ１４４と類似する。図２１はステップ１７４が完了した後の磁気接合３００の一実施形態を示す。図示した実施形態で、全体の下部強磁性層（又は多層）３３２はステップ１６６で蒸着される。従って、Ｒｕ及び他の磁気層のような非磁性層がステップ１７６で蒸着される。即ち、Ｒｕ層３３４のような非磁性層と強磁性層３３６を示す。層（３３４、３３６）が二つの磁気接合３００に亘って延長されることが分かる。層（３３２、３３４、３３６）はＳＡＦ被固定層を形成する。

【0070】

ステップ１７８により磁気接合の残余領域が定義される。ステップ１７８はステップ１４６と類似する。ステップ１７８はステップ１７０と類似のフォトリソグラフィー方法により行われる。しかし、自由層が既にステップ１７０で定義されたため、ステップ１７８では異なる密度パターンが使用される。従って、磁気接合の上部は、下部より広くないか、下部と同じ大きさであるか、又は下部より広い。一実施形態において、被固定層の上部領域は多層磁気接合により延長される。図２２はステップ１７８が行われた後の磁気接合３００の一実施形態を示す。即ち、被固定層３３０が定義される。図示した実施形態で、被固定層３３０の上部はその下部と同じ大きさである。

【0071】

図２３及び図２４は、ステップ１６６で蒸着された層３３２の一部領域を含む磁気接合３００’の一実施形態を示す。図２３はステップ１７６が行われた後の実施形態を示す。即ち、層（３３３、３３４、３３６）を示す。層（３３３、３３１）は合わせてＳＡＦ被固定層３３０’の下部強磁性層３３２’を形成する。図２４はステップ１７８を行った後の磁気接合を示す。即ち、磁気接合３００’の上部領域を定義する。

【0072】

磁気接合（３００、３００’）は、磁気接合２００、磁気接合２００’、磁気接合２００’’、及び／又は磁気接合２００’’’の効果を共有する。従って、磁気接合（３００、３００’）は向上した磁気抵抗、減少した減衰、及びスイッチ電流を有し、これと共に又は別途に磁気デバイスでより密にパッキング（ｐａｃｋｅｄ）される。

【0073】

図２５は、磁気接合２００、磁気接合２００’、磁気接合２００’’、磁気接合２００’’’、磁気接合３００、及び／又は磁気接合３００’のうちの少なくとも一つを使用した磁気メモリ４００の一実施形態を示す。磁気メモリ４００は、リード／ライト列選択ドライバ（４０２、４０６）だけでなく、ワードライン選択ドライバ４０４を含む。他の及び／又は異なる構成が提供されることに留意する。磁気メモリ４００の保存領域は磁気記憶セル４１０含む。磁気記憶セルのそれぞれは少なくとも一つの磁気接合４１２及び少なくとも一つの選択素子４１４を含む。一実施形態において、選択素子４１４はトランジスタである。磁気接合４１２は、本明細書で開示した磁気接合２００、磁気接合２００’、磁気接合２００’’、磁気接合２００’’’、磁気接合３００、及び／又は磁気接合３００’のうちの一つである。図に示した実施形態で、磁気記憶セル４１０当たりの一つの磁気接合４１２を示すが、他の実施形態において、セル当り異なる数の磁気接合４１２が提供される。これにより、磁気メモリ４００は上述した効果を有する。

【0074】

上記磁気接合を用いて製造された磁気接合及びメモリを提供する方法及びシステムについて説明した。上記方法及びシステムを、図示した例示的な実施形態に合わせて説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、上記実施形態を変形することができ、上記方法及びシステムの思想及び範囲から外れない範囲でいかなる変更も可能なことが簡単に理解される。従って、本発明は、請求項の思想及び範囲を外れず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様に変更され得る。

【符号の説明】

【0075】

２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’、３００、３００’、４１２ 磁気接合
２０１ 基板
２０２ 下部コンタクト
２０４、３０２ （選択的）シード層（ＭｇＯ）
２０６ （選択的）キャッピング層
２０８ 上部コンタクト
２１０、３１０ 自由層
２２０、２４０、３２０ 非磁性スペーサ層（ＭｇＯ）
２３０、２３０’、２５０ 被固定層
２１１、２３１、２５１ 磁気モーメント
２３２、２３６、３３１、３３２、３３３ 強磁性層
２３４ 非磁性層
２６０ 選択的Ｆｅ挿入層
２７０ 選択的ＰＥＬ
３０４、３０６ 犠牲挿入層（Ｗ）
３０８ リフィル（物質）
３１２、３１２’ 第１強磁性層（ＣｏＦｅＢ）
３１４ 第２強磁性層（ＣｏＦｅＢ）
３３２’ 下部強磁性層
３３４ Ｒｕ層
３６０ マスク
４００ 磁気メモリ
４０２、４０６ リード／ライト列選択ドライバ
４０４ ワードライン選択ドライバ
４１０ 磁気記憶セル
４１４ 選択素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】